handbuch der modulelemente bachelorstudiengang physik · 2019-09-18 · handbuch der modulelemente...

Handbuch der ModulelementeBachelorstudiengang Physik

Department PhysikNaturwissenschaftlich-Technische Fakultat

Universitat Siegen

18. September 2019

Inhaltsverzeichnis1 Struktur des Studiums 1

2 Modulubersicht 42.1 Pflichtbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2 Wahlbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.3 Liste der Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3 Modulbeschreibungen Pflichtbereich 73.1 Experimentalphysik (B-E) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.2 Theoretische Physik (B-T) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.3 Mathematik (B-M) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173.4 Praktika (B-P) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.5 Proseminar (B-S) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.6 Bachelorarbeit (B-A) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4 Modulbeschreibungen Wahlbereich 264.1 Methoden der Experimentalphysik (B-WA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264.2 Experimentelle Festkorperphysik (B-WB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314.3 Experimentelle Quantenoptik und Nano-Optik (B-WC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.4 Experimentelle Teilchen- und Astroteilchenphysik (B-WD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364.5 Spezielle Gebiete der theoretischen Physik (B-WE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404.6 Quantentheorie und theoretische Quantenoptik (B-WF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444.7 Theoretische Teilchenphysik (B-WG) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474.8 Computermethoden in der Physik (B-WH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484.9 Berufspraktium (B-WI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Handbuch der Modulelemente – Bachelorstudiengang Physik

1 Struktur des StudiumsDer Bachelorstudiengang Physik ist modular aufgebaut. Der Arbeitsaufwand fur die einzelnen Module wird gemaß demEuropean Credit Transfer and Accumulation System (ECTS) durch Leistungspunkte (LP) quantifiziert. Der Gesamt-aufwand fur das Studium betragt 180 LP.

Die Module verteilen sich auf die folgenden Bereiche

(a) Experimentalphysik (5 Module mit 45 LP)

(b) Theoretische Physik (5 Module mit 42 LP)

(c) Mathematik (4 Module mit 33 LP)

(d) Praktika (3 Module mit 18 LP)

(e) Proseminar (1 Modul mit 6 LP)

(f) Wahlbereich (Module mit insgesamt 24 LP)

(g) Bachelorarbeit (1 Modul mit 12 LP)

Auf den folgenden Seiten ist der empfohlene Studienplan fur einen Studienbeginn im Wintersemester bzw. im Sommer-semester dargestellt. Es ist daruber hinaus jedoch moglich, einzelne Veranstaltungen zu einem fruheren oder spaterenZeitpunkt zu belegen, wobei die inhaltlichen Voraussetzungen der einzelnen Module, die in den Modulbeschreibungen inKapiteln 3 und 4 spezifiziert sind, zu berucksichtigen sind. Bei der Ausgestaltung eines individuellen Studienplans gilt esaußerdem zu beachten, dass die Pflichtveranstaltungen in der Physik im jahrlichen Turnus angeboten werden, so dass sichbei einem Studienbeginn im Sommersemester im Vergleich zum Regelstudienbeginn im Wintersemester Verschiebungenergeben. Da die Veranstaltungen des Department Mathematik in jedem Semester stattfinden, konnen diese auch bei einemStudienbeginn im Sommersemester wie empfohlen belegt werden. Die Veranstaltung ”Mathematische Erganzungen“ wirdnach Bedarf, ggf. in Form eines Tutoriums, auch im Sommersemester angeboten.

1


Studienverlaufsplan (Anfang WS)

1. Semester 2. Semester 3. Semester 4. Semester 5. Semester 6. Semester

Exp.-physik 1Mechanik/Thermo

4V/2U (9)

Exp.-physik 2Elektrodyn/Optik

4V/2U (9)

Exp.-physik 3Quanten/Atom

4V/2U (9)

PrufungExp.-physik 1–3

(–)

Math. Erganz.zur Physik

2V/2U (6)

Exp.-physik 4Molekul/Festkorper

4V/2U (9)

Exp.-physik 5Kerne/Teilchen

4V/2U (9)

Th. Physik 1Math. Methoden

4V/2U (9)

Th. Physik 2Mechanik

4V/2U (9)

Th. Physik 3Feldtheorie

4V/2U (9)

Th. Physik 4Quantenmechanik

4V/2U (9)

PrufungTh. Physik 1–4

(–)

Th. Physik 5Statist. Physik

3V/1U (6)

Analysis 1(Dept. Mathematik)

4V/2U (9)


4V/2U (9)

Lineare Algebra(Dept. Mathematik)

4V/2U (9)

Grundprakt. 1

4P (6)

Grundprakt. 2

4P (6)

Proseminar

2S (6)

Fort.-praktikum

4P (6)

B.-Arbeit

(12)

Wahlbereich

(6)

Wahlbereich

(6)

Wahlbereich

(6)

Wahlbereich

(6)

(33) (33) (30) (30) (30) (24)

2


Studienverlaufsplan (Anfang SS)

1. Semester 2. Semester 3. Semester 4. Semester 5. Semester 6. Semester

Exp.-physik 1Mechanik/Thermo

4V/2U (9)

Exp.-physik 2Elektrodyn/Optik

4V/2U (9)

Exp.-physik 3Quanten/Atom

4V/2U (9)

PrufungExp.-physik 1–3

(–)

Math. Erganz.zur Physik

2V/2U (6)

Exp.-physik 4Molekul/Festkorper

4V/2U (9)

Exp.-physik 5Kerne/Teilchen

4V/2U (9)

Th. Physik 1Math. Methoden

4V/2U (9)

Th. Physik 2Mechanik

4V/2U (9)

Th. Physik 3Feldtheorie

4V/2U (9)

Th. Physik 4Quantenmechanik

4V/2U (9)

PrufungTh. Physik 1–4

(–)

Th. Physik 5Statist. Physik

3V/1U (6)


4V/2U (9)


4V/2U (9)

Lineare Algebra(Dept. Mathematik)

4V/2U (9)

Grundprakt. 1

4P (6)

Grundprakt. 2

4P (6)

Proseminar

2S (6)

Fort.-praktikum

4P (6)

B.-Arbeit

(12)

Wahlbereich

(6)

Wahlbereich

(6)

Wahlbereich

(6)

Wahlbereich

(6)

(33) (33) (30) (30) (27) (27)

3


2 Modulubersicht

2.1 Pflichtbereich1. Experimentalphysik (B-E)

(a) Experimentalphysik 1: Klassische Mechanik und Thermodynamik (WS)

(b) Experimentalphysik 2: Elektrodynamik und Optik (SS)

(c) Experimentalphysik 3: Quanten- und Atomphysik (WS)

(d) Experimentalphysik 4: Spektroskopie, Molekul- und Festkorperphysik (SS)

(e) Experimentalphysik 5: Kern- und Teilchenphysik (WS)

2. Theoretische Physik (B-T)

(a) Theoretische Physik 1: Mathematische Methoden der Theoretischen Physik (SS)

(b) Theoretische Physik 2: Theoretische Mechanik (WS)

(c) Theoretische Physik 3: Klassische Feldtheorie (SS)

(d) Theoretische Physik 4: Quantenmechanik (WS)

(e) Theoretische Physik 5: Statistische Physik (SS)

3. Mathematik (B-M)

(a) Mathematische Erganzungen zur Physik (WS und ggf. SS)

(b) Analysis 1 (WS und SS)

(c) Analysis 2 (WS und SS)

(d) Lineare Algebra (WS und SS)

4. Praktika (B-P)

(a) Grundpraktikum 1 (SS)

(b) Grundpraktikum 2 (WS)

(c) Fortgeschrittenenpraktikum (WS)

5. Proseminar (B-S)

(a) Proseminar Physik (SS)

6. Bachelorarbeit (B-A)

(a) Bachelorarbeit

2.2 WahlbereichDer Wahlbereich setzt sich aus acht verschiedenen Themengebieten zusammen, aus denen jeweils mindestens eine Ver-anstaltung pro Jahr angeboten wird. In der nachfolgenden Liste ist jeweils das Studiensemester angegeben, ab dem derBesuch der Veranstaltung empfohlen wird. Neben den aufgefuhrten Modulen werden auch weitere Wahlfacher des De-partments Physik im Wahlbereich anerkannt. Auf Antrag kann der Prufungsausschuss auch Module aus dem Lehrangebotaußerhalb des Departments Physik zulassen.

A. Methoden der Experimentalphysik (B-WA)

(1) Statistische Methoden der Datenanalyse (ab 5. S.)

(2) Elektronikpraktikum (ab 5. S.)

(3) Detektorphysik (ab 5. S.)

(4) Beschleunigerphysik I (ab 5. S.)

(5) Beschleunigerphysik II (ab 6. S.)

4


B. Experimentelle Festkorperphysik (B-WB)

(1) Einfuhrung in die Kristallographie (ab 1. S.)

(3) Moderne Methoden der Rontgenphysik (ab 5. S.)

C. Experimentelle Quantenoptik und Nano-Optik (B-WC)

(1) Optik (ab 3. S.)

(2) Laserspektroskopie (ab 6. S.)

(3) Ultraschnelle und nichtlineare Optik (ab 5. S.)

D. Experimentelle Teilchen- und Astroteilchenphysik (B-WD)

(1) Astrophysik (ab 4. S.)

(2) Strahlenschutzphysik (ab 4. S.)

(3) Astroteilchenphysik (ab 5. S.)

(4) Kosmologie (ab 5. S.)

E. Spezielle Gebiete der theoretischen Physik (B-WE)

(1) Kontinuierliche Symmetriegruppen (ab 3. S.)

(2) Nichtlineare Dynamik und Strukturbildung (ab 3. S.)

(3) Stochastische Prozesse (ab 4. S.)

(4) Allgemeine Relativitatstheorie (ab 5. S.)

F. Quantentheorie und theoretische Quantenoptik (B-WF)

(1) Quanteninformationstheorie (ab 6. S.)

(2) Grundlagenprobleme der Quantenmechanik (ab 6. S.)

(3) Quanteneffekte und Quantenparadoxa (ab 5. S.)

G. Theoretische Teilchenphysik (B-WG)

(1) Theoretische Teilchenphysik I (ab 6. S.)

H. Schlusselqualifikation: Computermethoden in der Physik (B-WH)

(1) Computereinsatz in der Physik (ab 1. S.)

(2) Wissenschaftliches Programmieren (ab 2. S.)

(3) Computeralgebra in der theoretischen Physik (ab 5. S.)

I. Schlusselqualifikation: Berufspraktikum (B-WI)

(1) Berufspraktikum (ab 5. S.)

5


2.3 Liste der Module

Kurzel Modulbezeichnung LP

B-E1 Experimentalphysik 1 9





B-T1 Theoretische Physik 1 9





B-ME Mathematische Erganzungen zur Physik 6

B-M1 Analysis 1 9

B-M2 Analysis 2 9

B-M3 Lineare Algebra 9

B-P1 Grundpraktikum 1 6

B-P2 Grundpraktikum 2 6

B-P3 Fortgeschrittenenpraktikum 6

B-S Proseminar Physik 6

B-A Bachelorarbeit 12

B-WA1 Statistische Methoden der Datenanalyse 9

B-WA2 Elektronikpraktikum 6

B-WA3 Detektorphysik 6

B-WA4 Beschleunigerphysik I 6

B-WA5 Beschleunigerphysik II 3

B-WB1 Einfuhrung in die Kristallographie 6

B-WB3 Moderne Methoden der Rontgenphysik 6

B-WC1 Optik 6

B-WC2 Laserspektroskopie 6

B-WC3 Ultraschnelle und nichtlineare Optik 6

B-WD1 Astrophysik 6

B-WD2 Strahlenschutzphysik 6

B-WD3 Astroteilchenphysik 6

B-WD4 Kosmologie 6

B-WE1 Kontinuierliche Symmetriegruppen 6

B-WE2 Nichtlineare Dynamik und Strukturbildung 6

B-WE3 Stochastische Prozesse 6

B-WE4 Allgemeine Relativitatstheorie 6

B-WF1 Quanteninformationstheorie 9

B-WF2 Grundlagenprobleme der Quantenmechanik 9

B-WF3 Quanteneffekte und Quantenparadoxa 6

B-WG1 Theoretische Teilchenphysik I 9

B-WH1 Computereinsatz in der Physik 6

B-WH2 Wissenschaftliches Programmieren 6

B-WH3 Computeralgebra in der theoretischen Physik 3

B-WI1 Berufspraktikum 6

6


3 Modulbeschreibungen Pflichtbereich

3.1 Experimentalphysik (B-E)

Modulbezeichnung Experimentalphysik 1

ggf. Untertitel Klassische Mechanik und Thermodynamik

Kurzel B-E1

Bemerkung

LSF-Signatur 4PHY10011V, 4PHY10012V

Studiensemester 1

Turnus jedes WS

Moduldauer 1 Semester

Modulverantwortliche(r) Dozent(in) der experimentellen Physik

Lehrform Vorlesung 4 SWS, Ubung 4 SWS

Arbeitsaufwand 270 h (90 h Kontaktzeit, 180 h Selbststudium)

Leistungspunkte 9

Inhaltliche Voraussetzungen keine

Lernziele Die Studierenden kennen die grundlegenden Phanomene der klassischen Me-chanik. Sie verstehen Zusammenhange der klassischen Mechanik und konnendiese in mathematischer Form ausdrucken. Sie sind in der Lage, physikalischeProbleme zu erkennen, diese in Bezug zum Vorlesungsstoff zu setzen, mathe-matisch zu formulieren und Losungen zu finden.

Inhalt Physikalische Grundgroßen, KinematikNewtonsche Axiome, Bewegungsgleichungen, GravitationsgesetzKinetische und potentielle Energie, ErhaltungssatzeScheinkrafte, InertialsystemImpuls, StoßprozesseDrehimpuls, DrehmomentKeplersche GesetzeStarrer Korper, Statik und DynamikSchwingungen und WellenFlussigkeitenTemperatur, Druck, GasgesetzeKinetische GastheorieHauptsatze der ThermodynamikWarmekraftmaschinen, Carnot-Prozess

Studienleistung Erfolgreiche Teilnahme an den Ubungen als Zulassungsvoraussetzung fur eineabschließende schriftliche Prufung. Die Anforderungen an die Ubungen wer-den in der Veranstaltung bekannt gegeben.

Voraussetzung fur die Vergabevon Leistungspunkten

Bestandene schriftliche Prufung

Verwendbarkeit des Moduls B-E3, B-E4, B-E5, B-T3, B-T4, B-T5, B-P1, B-P2, B-P3, B-S

Medienformen Vorlesung mit Vorfuhrexperimenten, Tafelanschrieb, Elektronische Medien,Ubungen mit Aufgaben zum Selbststudium.

Literatur Bergmann, Schaefer: Experimentalphysik 1Demtroder: Experimentalphysik 1Giancoli: PhysikHalliday: Physik

7



ggf. Untertitel Elektrodynamik und Optik

Kurzel B-E2

Bemerkung


Studiensemester 2

Turnus jedes SS





Leistungspunkte 9


Lernziele Die Studierenden kennen die grundlegenden Phanomene der klassischen Elek-trodynamik und Optik. Sie verstehen in diesem Kontext physikalische Zusam-menhange und konnen diese in mathematischer Form auszudrucken. Sie sindin der Lage, Probleme der Elektrodynamik und Optik in Bezug zum Vorle-sungsstoff zu setzen, mathematisch zu formulieren und Losungen zu finden.

Inhalt Elektrostatik: Ladungen, Coulombgesetz, elektrisches Feld, Gaußscher Satz,Elektrisches Potential, Kapazitat, Elektrischer Dipol, Dielektrizitatskonstante,Polarisation, Ladung des Elektrons, Millikan. Strom, Ohmsches Gesetz,Kirchhoffsche Regeln, Elektrische Leitung in Flussigkeiten und Gasen.

Magnetostatik: Lorentzkraft, Defintion Ampere, Hall-Effekt, Drehmomentim magnetischen Feld, Elektromotor, Ampere’sches Gesetz, Vektorpotential,Biot-Savart-Gesetz. Magnetische Eigenschaften von Materie: Permeabilitat,Suszeptibilitat, Dia-, Para-, Ferromagnetismus.

Zeitlich veranderliche Felder und Strome: Faradaysches Induktionsgesetz,Maxwell-Gleichungen Wechselstrom, Transformator. ElektromagnetischeSchwingungen und Wellen: Schwingkreise, Hertzscher Dipol, Elektro-magnetische Wellen im Vakuum, Energie-, Impulstransport, Polarisation,Elektromagnetische Wellen in Materie, Absorption, Dispersion, Grenzflachen.

Geometrische Optik: Fermatsches Prinzip, Reflektions- und Brechungs-gesetz, Abbildung, Spiegel, Prismen, Linsen, Fernrohr, Mikroskop.

Wellenoptik: Huygensches Prinzip, Fresnelsche Formeln, Brewsterwinkel,Totalreflektion, Doppelbrechung, zeitliche und raumliche Koharenz,Zweistrahl-Interferenz, Doppelspalt, Interferometer, Vielstrahlinterferenz,Beugung: Fraunhofer- und Fresnel-Beugung.




Verwendbarkeit des Moduls B-E3, B-E4, B-E5, B-T4, B-T5, B-P2, B-P3, B-S


Literatur Bergmann, Schaefer: Experimentalphysik 2Demtroder: Experimentalphysik 2Giancoli: PhysikHalliday: Physik

8



ggf. Untertitel Quanten-und Atomphysik

Kurzel B-E3

Bemerkung


Studiensemester 3

Turnus jedes WS





Leistungspunkte 9

Inhaltliche Voraussetzungen B-ME, B-E1, B-E2

Lernziele Die Studierenden kennen die Grenzen der klassischen Physik, aufgezeigtdurch exemplarische physikalische Experimente, sowie weiterfuhrende grund-legende Experimente und Beschreibungsweisen der Quantenphysik. Sie be-herrschen wichtige Ansatze und Methoden der Atomphysik. Sie sind in derLage, quantenphysikalische Probleme zu erkennen, in Bezug zum Vorlesungs-stoff zu setzen, mathematisch zu formulieren und Losungen zu finden.

Inhalt Grenzen der klassischen Physik: Experimentelle Befunde fur die Quanti-sierung elektromagnetischer Strahlung: Hohlraumstrahlung und Planck’schesStrahlungsgesetz, photoelektrischer Effekt, Compton-Effekt. Welleneigen-schaften von Teilchen: Materiewellen und Wellenfunktionen, Interferenzmit Elektronen und Atomen, de Broglie-Wellenlange, Wahrscheinlichkeits-interpretation. Heisenberg’sche Unscharferelation. Quantenstruktur derAtome: Abosrptions- und Emissionsspektren, Franck-Hertz-Versuch.

Grundlagen der Quantenphysik: Stern-Gerlach-Experiment: Richtungs-quantelung, Zufall, Superposition, Messung, Eigenwerte und -zustande,Erwartungswert, Spin 1/2. Schrodingergleichung mit Anwendunsgbeispielen,Drehimpuls in der QM, Verschrankung, Bell-Ungleichung.

Grundlagen des Atombaus: Wasserstoffatom, Zeeman-Effekt, Feinstruktur,Hyperfeinstruktur, Elektronenspinresonanz, Stark-Effekt, Emission undAbsorption elektromagnet. Strahlung, Auswahlregeln, Schalenmodell, Mehr-Elektronen-Systeme, Periodensystem.




Prufungsleistung Dem Modul ist die mundliche Abschlussprufung in Experimentalphysik zuge-ordnet.

Verwendbarkeit des Moduls B-E4, B-E5, B-P3, B-S


Literatur Demtroder: Experimentalphysik 3Gerthsen: PhysikHaken, Wolf: Atom und QuantenphysikHarris: Moderne PhysikHertel, Schulz: Atome, Molekule und optische Physik I

9



ggf. Untertitel Spektroskopie, Molekul- und Festkorperphysik

Kurzel B-E4

Bemerkung


Studiensemester 4

Turnus jedes SS





Leistungspunkte 9

Inhaltliche Voraussetzungen B-ME, B-E1, B-E2, B-E3

Lernziele Die Studierenden kennen grundlegende Konzepte der Laser-, Molekul-, undFestkorperphysik. Sie sind in der Lage, physikalische Probleme in diesem Kon-text in Bezug zum Vorlesungsstoff zu setzen, mathematisch zu formulieren undLosungen zu finden.

Inhalt Moderne Methoden der Spektroskopie: Laser: Grundlagen, Resonator,Kurzpuls-Laser, Licht-Materie-Wechselwirkung, Laserspektroskopie mithoher spektraler, zeitlicher und raumlicher Auflosung. Lichtkrafte.

Molekulphysik: Molekulbindung, H+2 , H2, Elektronische Zustande zwei-

atomiger Molekule, Rotation und Schwingungen zweiatomiger Molekule,Wellenpakete, Mehratomige Molekule.

Festkorperphysik: Struktur von Einkristallen, Experimentelle Methoden zurStrukturbestimmung, Rontgenspektren, Rontgenbeugung, Reale Kristalle,Moßbauer-Effekt, Freies Elektronengas, Elektronen im periodischen Potential,Supraleitung, Nichtmetallische Leiter, Elektronenemission, Reine Element-halbleiter, Dotierte Halbleiter, Anwendungen von Halbleitern.




Verwendbarkeit des Moduls B-P3, M-E1


Literatur Gerthsen: PhysikDemtroder: Laser SpectroscopyHaken, Wolf: Molekulphysik und QuantenchemieEichler, Eichler: LaserKittel: Festkorperphysik

10



ggf. Untertitel Kern- und Teilchenphysik

Kurzel B-E5

Bemerkung


Studiensemester 5

Turnus jedes WS





Leistungspunkte 9

Inhaltliche Voraussetzungen B-ME, B-E1, B-E2, B-E3

Lernziele Die Studierenden kennen grundlegende Phanomene der experimentellen Kern-und Teilchenphysik. Sie sind in der Lage, physikalische Probleme in diesemKontext in Bezug zum Vorlesungsstoff zu setzen, mathematisch zu formulierenund Losungen zu finden.

Inhalt Kernmassen, KernspinKernkrafte, SchalenmodellKernzerfalle, α, β, γ-ZerfallKernresonanzabsorptionKernreaktion, Kernfusion, KernspaltungIsospinformalismusQuarkmodell, HadronenWechselwirkung von Teilchen mit MaterieSymmetrien, CP-VerletzungDirac-Gleichung, Quantenelektrodynamik, Feynman-DiagrammeQuark-Parton Modell, StrukturfunktionenSchwache Wechselwirkung, Quantenchromodynamik




Verwendbarkeit des Moduls

Medienformen Vorlesung mit Tafelanschrieb, Elektronische Medien, Ubungen mit Aufgabenzum Selbststudium.

Literatur Mayer-Kuckuk: KernphysikBerger: Elementarteilchenphysik

11


3.2 Theoretische Physik (B-T)

Modulbezeichnung Theoretische Physik 1

ggf. Untertitel Mathematische Methoden der Theoretischen Physik

Kurzel B-T1

Bemerkung


Studiensemester 2

Turnus jedes SS


Modulverantwortliche(r) Dozent(in) der theoretischen Physik



Leistungspunkte 9


Lernziele Die Studierenden kennen und beherrschen wichtige mathematische Begriffe,Methoden und Zusammenhange, die fur das Verstandnis der theoretischen Phy-sik essentiell sind. Die Studierenden sind in der Lage, die Methoden auf kon-krete Probleme anzuwenden und Rechnungen selbstandig zu Ende zu fuhren.

Inhalt Vektoranalysis und IntegralsatzeFunktionen komplexer Variablen, Analytizitat, ResiduensatzEinfuhrung in die Fourier-AnalyseIntegraltransformationen von Fourier und LaplaceSpezielle Differentialgleichungen und spezielle FunktionenOrthogonale FunktionensystemeEinfuhrung in Partielle DifferentialgleichungenFunktionale und Variationsrechnung




Verwendbarkeit des Moduls B-T2, B-T3, B-T4, B-T5

Medienformen Vorlesung mit Tafelanschrieb, Ubungen mit Aufgaben zum Selbststudium.

Literatur Lang, Pucker: Mathematische Methoden in der PhysikGroßmann: Mathematischer Einfuhrungskurs fur die PhysikWong: Mathematische PhysikBoas: Mathematical Methods in the Physical SciencesChow: Mathematical Methods for Physicists: A Concise Introduction

12



ggf. Untertitel Theoretische Mechanik

Kurzel B-T2

Bemerkung


Studiensemester 3

Turnus jedes WS





Leistungspunkte 9

Inhaltliche Voraussetzungen B-ME, B-T1, B-M1

Lernziele Die Studierenden verstehen das Prinzip der Modellbildung in der theoretischenPhysik. Sie haben eine Ubersicht und Detailverstandnis fur die Konzepte derPunktmechanik. Sie konnen mit allgemeinen Koordinaten zur Beschreibungphysikalischer Systeme umgehen und kennen die alternativen Formulierungender theoretischen Mechanik, ihre Zusammenhange und Anwendungsgebiete.Sie sind in der Lage, Aufgabenstellungen aus der theoretischen Mechanik inkonkrete Rechnungen umzusetzen und diese erfolgreich auszufuhren.

Inhalt Newtonsche AxiomeKoordinatensysteme, Transformationen, ZwangsbedingungenLagrangeformalismus, Hamiltonsches PrinzipErhaltungssatze, Noether-TheoremZweikorperproblemRotierende Bezugssysteme, starre KorperSysteme von Massenpunkten, kleine SchwingungenHamiltonformalismus, kanonische Transformationen, PoissonklammernHamilton-Jacobi-TheorieSpezielle Relativitatstheorie




Verwendbarkeit des Moduls B-T3, B-T4, B-T5


Literatur Fließbach: MechanikGoldstein, Poole, Safko: Klassische MechanikNolting: Grundkurs Theoretische Physik 1+2Kuypers: Klassische MechanikScheck: Theoretische Physik 1Landau-Lifschitz: Mechanik (Bd. I)Arnold: Mathematische Methoden der klassischen Mechanik

13



ggf. Untertitel Klassische Feldtheorie

Kurzel B-T3

Bemerkung


Studiensemester 4

Turnus jedes SS





Leistungspunkte 9

Inhaltliche Voraussetzungen B-ME, B-T1, B-T2, B-E1, B-M1, B-M2, B-M3

Lernziele Die Studierenden kennen die Konzepte einer klassischen Feldtheorie. Siekonnen mit Feldgleichungen in differentieller und integraler Form umgehen.Sie beherrschen die konkrete Realisierung in der Elektrodynamik und konnenstatische wie dynamische Probleme bearbeiten und Rechnungen erfolgreichausfuhren. Sie haben einen Einblick in die Ubertragung der Grundkonzepteauf allgemeinere klassische Feldtheorien.

Inhalt Felder und Feldgleichungen im VakuumElektrostatik und MagnetostatikGreensche Funktionen, Koordinatensysteme, MultipolentwicklungWellen, Eichinvarianz, EnergietransportElektrostatik und -dynamik in MaterieRelativistische Formulierung der ElektrodynamikPrinzipien der allgemeinen Relativitatstheorie




Verwendbarkeit des Moduls B-T4, B-T5


Literatur Jackson: Klassische ElektrodynamikFließbach: ElektrodynamikNolting: Grundkurs Theoretische Physik 3Scheck: Theoretische Physik 3Landau-Lifschitz: Klassische Feldtheorie (Bd. II)

14



ggf. Untertitel Quantenmechanik

Kurzel B-T4

Bemerkung


Studiensemester 5

Turnus jedes WS





Leistungspunkte 9

Inhaltliche Voraussetzungen B-ME, B-T1, B-T2, B-T3, B-E1, B-E2, B-M1, B-M2, B-M3

Lernziele Die Studierenden kennen die Prinzipien der Quantentheorie als Grundlageder modernen Physik, insbesondere von Atom- und Molekulphysik, Teilchen-physik, Festkorperphysik und Optik. Sie beherrschen den mathematischen For-malismus der Quantenmechanik. Sie kennen die exakte Beschreibung elemen-tarer Quantensysteme sowie geeignete Naherungsmethoden. Sie sind in der La-ge, die mathematischen Methoden auf elementare Quantensysteme anzuwen-den, in konkrete Rechnungen umzusetzen und diese erfolgreich auszufuhren.

Inhalt Zustandsraum, SuperpositionsprinzipObservable und WahrscheinlichkeitsinterpretationDirac-Formalismus und Wellenfunktionen in Orts- und ImpulsraumHamiltonoperator und SchrodingergleichungEinfache quantenmechanische Systeme: Harmonischer Oszillator, H-AtomKorrespondenzprinzip und UnscharferelationenDrehimpulsalgebra und Clebsch-Gordan-KoeffizientenStationare und zeitabhangige StorungstheorieStreutheorie




Prufungsleistung Dem Modul ist die mundliche Abschlussprufung in Theoretischer Physik zu-geordnet.

Verwendbarkeit des Moduls B-T5, B-WF1, B-WF2, B-WG1, M-E2


Literatur Schwabl: QuantenmechanikCohen-Tannoudji: QuantenmechanikMessiah: QuantenmechanikFließbach: QuantenmechanikNolting: Grundkurs Theoretische Physik 5

15



ggf. Untertitel Statistische Physik

Kurzel B-T5

Bemerkung


Studiensemester 6

Turnus jedes SS





Leistungspunkte 6

Inhaltliche Voraussetzungen B-ME, B-T1, B-T2, B-T3, B-T4, B-E1, B-E2, B-M1, B-M2, B-M3

Lernziele Die Studierenden kennen die Prinzipien der statistischen Beschreibung kom-plexer physikalischer Systeme. Sie haben einen Uberblick uber die Anwen-dungsbereiche verschiedener statistischer Modelle und verstehen die Zusam-menhange zwischen klassischer Statistik, Quantenstatistik und phanomenolo-gischer Thermodynamik. Sie konnen typische Systeme, Fragestellungen undProbleme der statistischen Physik in konkrete Rechnungen umsetzen und dieseerfolgreich ausfuhren.

Inhalt Grundlagen der WahrscheinlichkeitstheorieDichtematrix in der Quantenstatistik, Entropie, Statistische EnsemblesVergleich von klassischer und quantenmechanischer FormulierungFundamentalbeziehung und Hauptsatze, Thermodynamische PotentialeIdeale Quantengase und SpinsystemeReale Gase und Theorie der Phasenubergange




Verwendbarkeit des Moduls M-E1, M-WB3


Literatur Fließbach: Statistische PhysikNolting: Grundkurs Theoretische Physik 6Landau-Lifschitz: Statistische Physik Teil 1 (Bd. V)Schwabl: Statistische Mechanik

16


3.3 Mathematik (B-M)

Modulbezeichnung Mathematische Erganzungen zur Physik

ggf. Untertitel

Kurzel B-ME

Bemerkung


Studiensemester 1

Turnus jedes WS (wird ggf. auch in Form eines Tutoriums im SS angeboten)





Leistungspunkte 6


Lernziele Die Studierenden kennen und beherrschen wichtige mathematische Begriffe,Methoden und Zusammenhange, die fur die physikalische Modellbildung –sowohl in der experimentellen als auch in der theoretischen Physik – essentiellsind. Die Studierenden sind in der Lage, die Methoden auf konkrete Problemeanzuwenden und Rechnungen selbstandig zu Ende zu fuhren.

Inhalt Reelle und komplexe ZahlenElementare FunktionenVektorraume und MatrizenVektoralgebraEigenvektoren und EigenwerteDifferentialrechnungTaylorentwicklungIntegralrechnungGewohnliche Differentialgleichungen



Bestandene schriftliche Prufung (unbenotet)

Verwendbarkeit des Moduls B-E3, B-E4, B-E5, B-T2, B-T3, B-T4, B-T5, B-P3


Literatur Großmann: Mathematischer Einfuhrungskurs fur die PhysikPapula: Mathematik fur Ingenieure und NaturwissenschaftlerJanich: Analysis fur Physiker und IngenieureFischer, Kaul: Mathematik fur PhysikerTeubner Taschenbuch der Mathematik

17


Modulbezeichnung Analysis 1

ggf. Untertitel

Kurzel B-M1

Bemerkung

LSF-Signatur 4MATHP110V, 4MATHP111V

Studiensemester 1

Turnus jedes Semester


Modulverantwortliche(r) Dozent(in) der Mathematik



Leistungspunkte 9


Lernziele Die Studierenden erwerben die Vertrautheit mit den axiomatischen Metho-den der Analysis und mit den elementaren Techniken und Methoden derInfinitesimalrechnung. Sie erwerben die Fahigkeit zum analytischen Den-ken. In den Ubungen wird durch schriftliches Erarbeiten von Losungen zuUbungsaufgaben und selbst gehaltene Vortrage ihre Prasentations- und Kom-munikationsfahigkeit geschult.

Inhalt Reelle und komplexe Zahlen, axiomatische CharakterisierungFolgen, Reihen, KonvergenzkriterienStetigkeit reeller FunktionenHauptsatz uber stetige Funktionen auf abgeschlossenen IntervallenDifferenzierbarkeit reeller FunktionenMittelwertsatz, Taylorentwicklung, ExtremwerteReihen von Funktionen, gleichmaßige KonvergenzPotenzreihen, analytische FunktionenExponentialfunktion, LogarithmusTrigonometrische und hyperbolische FunktionenLineare Differentialgleichungen mit konstanten KoeffizientenRiemann-Integration, Hauptsatz der Differential- und IntegralrechnungIntegrationstechniken

Studienleistung Schriftliche Prufung



Verwendbarkeit des Moduls B-T2, B-T3, B-T4, B-T5, B-M2


Literatur Behrends: AnalysisForster: Analysis 1Heuser: Lehrbuch der Analysis 1Konigsberger: Analysis 1Knopp, v. Mangoldt: Einfuhrung in die hohere MathematikWalter: Analysis

18


Modulbezeichnung Analysis 2

ggf. Untertitel

Kurzel B-M2

Bemerkung

LSF-Signatur 4MATHA410V, 4MATHA411V

Studiensemester 2






Leistungspunkte 9

Inhaltliche Voraussetzungen B-M1

Lernziele Die Studierenden erwerben die Vertrautheit mit den axiomatischen Metho-den der Analysis und mit den elementaren Techniken und Methoden derInfinitesimalrechnung. Sie erwerben die Fahigkeit zum analytischen Den-ken. In den Ubungen wird durch schriftliches Erarbeiten von Losungen zuUbungsaufgaben und selbst gehaltene Vortrage ihre Prasentations- und Kom-munikationsfahigkeit geschult.

Inhalt Normierte, endlich-dimensionale reelle Vektorraume, euklidische RaumeTopologische Grundbegriffe, Abgeschlossenheit, Kompaktheit, VollstandigkeitPartielle und totale Differenzierbarkeit von reellwertigen FunktionenImplizite Funktionen, UmkehrfunktionTaylor-Formel in mehreren VeranderlichenExtremwerte von Funktionen in mehreren Variablen (mit Nebenbedingungen)Kurvenintegrale






Literatur Behrends: AnalysisForster: Analysis 2Heuser: Lehrbuch der Analysis 2Konigsberger: Analysis 2Knopp, v. Mangoldt: Einfuhrung in die hohere MathematikWalter: Analysis

19


Modulbezeichnung Lineare Algebra

ggf. Untertitel

Kurzel B-M3

Bemerkung

LSF-Signatur 4MATHR403V, 4MATHR404V

Studiensemester 1






Leistungspunkte 9


Lernziele Die Studierenden erwerben die Vertrautheit mit der axiomatischen Metho-de der linearen Algebra. Sie erwerben die Fahigkeit zum analytischen Den-ken. In den Ubungen wird durch schriftliches Erarbeiten von Losungen zuUbungsaufgaben und selbst gehaltene Vortrage ihre Prasentations- und Kom-munikationsfahigkeit geschult.

Inhalt Algebraische Grundbegriffe: Gruppen, Ringe, KorperVektorraume: Erzeugendensysteme, BasisLineare Abbildungen: Darstellung durch Matrizen, MatrizenrechnungLosen von linearen Gleichungssystemen, RangDeterminanten: Permutationen, Entwicklungssatz, Produktsatz






Literatur Fischer: Lineare AlgebraKersten: Analytische Geometrie und Lineare AlgebraKlingenberg: Lineare Algebra und analytische Geometrie

20


3.4 Praktika (B-P)

Modulbezeichnung Grundpraktikum 1

ggf. Untertitel

Kurzel B-P1

Bemerkung

LSF-Signatur 4PHY10074V

Studiensemester 2

Turnus jedes SS


Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. M. Risse

Lehrform Praktikum 4 SWS


Leistungspunkte 6

Inhaltliche Voraussetzungen B-E1

Lernziele Die Studierenden erwerben anhand von selbst durchgefuhrten Experimentenund einfachen physikalischen Messverfahren praktische Fertigkeiten in der ex-perimentellen Physik. Sie sind in der Lage, Messdaten in Protokollen mit Hilfestatistischer Verfahren der Fehlerbestimmung sinnvoll auszuwerten. Sie ken-nen die Prinzipien der Fehlerrechnung und konnen den Zusammenhang mitden Inhalten der Vorlesungen in Experimentalphysik herstellen. Sie erwerbenerste Kenntnisse im Umgang mit modernen Messinstrumenten und komplexe-ren Versuchsaufbauten.

Inhalt Einfuhrung in die FehlerrechnungGekoppelte PendelErzwungene SchwingungenTorsionVerhaltnis der Warmekapazitaten cp/cVFrequenzgang von WechselstromwiderstandenLinsenKalorimetrie

Studienleistung Die durchgefuhrten Versuche und die Protokolle mit Auswertung werden te-stiert. Die Anforderungen an die Protokolle werden in der Veranstaltung be-kannt gegeben.


Anerkannte Versuchsprotokolle

Verwendbarkeit des Moduls B-P2

Medienformen Angeleitetes Experimentieren, Tafelarbeit, elektronische Medien.

Literatur Bergmann, Schaefer: Experimentalphysik 1Demtroder: Experimentalphysik 1Halliday: PhysikEichler, Kronfeldt, Sahm: Das neue physikalische Grundpraktikum

21


Modulbezeichnung Grundpraktikum 2

ggf. Untertitel

K??rzel B-P2

Bemerkung


Studiensemester 3

Turnus jedes WS





Leistungspunkte 6

Inhaltliche Voraussetzungen B-E1, B-E2, B-P1

Lernziele Die Studierenden erwerben anhand von selbst durchgefuhrten Experimentenund physikalischen, auch computergestutzten Messverfahren praktische Fer-tigkeiten in der experimentellen Physik. Sie sind in der Lage, Messdaten inProtokollen sinnvoll darzustellen und kritisch zu bewerten. Sie beherrschendie Fehlerrechnung mit statistischen und systematischen Fehlern und konnenden Zusammenhang mit den Inhalten der Vorlesungen in Experimentalphysikherstellen. Sie erwerben erste Kenntnisse im Umgang mit modernen Mess-instrumenten und komplexeren Versuchsaufbauten. Fur entsprechende Versu-che erfolgt eine Strahlenschutzbelehrung.

Inhalt PolarisationBeugungMikroskopStrahlenschutzbelehrungAbsorption von β- und γ-StrahlungFranck-Hertz-VersuchBestimmung der Elementarladung nach MillikanBestimmung des Planckschen WirkungsquantumsBestimmung der spezifischen Ladung des ElektronsAtomspektrenElektromagnetische Schwingkreise




Verwendbarkeit des Moduls B-P3

Medienformen Angeleitetes Experimentieren, Tafelarbeit, elektronische Medien.

Literatur Bergmann, Schaefer: ExperimentalphysikDemtroder: ExperimentalphysikHalliday: PhysikEichler, Kronfeldt, Sahm: Das neue physikalische Grundpraktikum

22


Modulbezeichnung Fortgeschrittenenpraktikum

ggf. Untertitel

Kurzel B-P3

Bemerkung


Studiensemester 5

Turnus jedes WS


Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. I. Fleck



Leistungspunkte 6

Inhaltliche Voraussetzungen B-ME, B-E1, B-E2, B-E3, B-E4

Lernziele Die Studierenden vertiefen ihre praktischen Fahigkeiten in der experimentel-len Physik in selbst durchgefuhrten, anspruchsvollen Experimenten, die phy-sikalische Phanomene insbesondere der modernen Physik zum Thema haben.Die Selbstandigkeit beim Experimentieren und das Einbringen eigener Ideenwird durch die intensive Beschaftigung mit einem Versuch uber einen langerenZeitraum gefordert. Die Studierenden beherrschen anspruchsvolle Methodender Fehlerrechnung sowie Methoden zur Auffindung von systematischen Feh-lern und sind in der Lage, Resultate in Protokollen strukturiert darzustellenund kritisch zu bewerten. Sie haben ein ubergreifendes Verstandnis der Ex-perimentalphysik und sind befahigt, physikalische Beschreibungsansatze undMessmethoden auf unterschiedliche Phanomene erfolgreich anzuwenden.

Inhalt LaserinterferometrieMikrokontrollerMonte-Carlo-SimulationenRastertunnelmikroskopieOberflachen-Plasmonen-ResonanzElektrodynamische Falle fur ionisierte TeilchenKosmische Strahlung, Luftschauer, Cherenkovlicht, MyonzerfallCharakteristika unterschiedlicher physikalischer Systeme und MethodenUbergreifende Fragestellungen der Experimentalphysik





Medienformen Anleitung zum selbstandigen Experimentieren, Tafelarbeit, elektronische Me-dien.

Literatur Bergmann, Schaefer: ExperimentalphysikDemtroder: ExperimentalphysikHalliday: Physik

23


3.5 Proseminar (B-S)

Modulbezeichnung Proseminar Physik

ggf. Untertitel

Kurzel B-S

Bemerkung


Studiensemester ab 4. Semester

Turnus jedes SS



Lehrform Seminar 2 SWS


Leistungspunkte 6

Inhaltliche Voraussetzungen B-E1, B-E2, B-E3

Lernziele Die Studierenden lernen, wie man unter Verwendung von Fachliteratur einenSeminarvortrag uber ein ausgewahltes Thema der experimentellen Physik vor-bereitet und unter Anwendung fortgeschrittener Prasentationstechniken halt.

Inhalt Aktuelle Themen der experimentellen Physik, insbesondere solche mithohem offentlichen Interesse (z. B. Physiknobelpreise der letzten Jahre,Schlusselexperimente der modernen Physik), Bezug zu den Forschungsthemenvor Ort oder Bezug zur Anwendung neuer physikalischer Erkenntnisse.Grundlagen der Literaturrecherche.Regeln guter wissenschaftlicher Praxis, insbesondere korrekte Angabe vonQuellen.

Studienleistung Vortrag


Mindestens mit der Note “ausreichend” bewerteter Vortrag


Medienformen Vortrag, elektronische Medien

Literatur Wird in der Veranstaltung bekannt gegeben.

24


3.6 Bachelorarbeit (B-A)

Modulbezeichnung Bachelorarbeit

ggf. Untertitel

Kurzel B-A

Bemerkung

LSF-Signatur

Studiensemester 6

Turnus


Modulverantwortliche(r) Dozent(in) der Physik

Lehrform Betreutes Projekt

Arbeitsaufwand 360 h

Leistungspunkte 12

Inhaltliche Voraussetzungen Alle Module aus dem Pflichtbereich

Lernziele Die Studierenden bearbeiten unter Anleitung ein kleineres Projekt und ver-tiefen hierbei exemplarisch die Fahigkeit, wissenschaftlich zu arbeiten. Durchdie Arbeit in den Arbeitsgruppen lernen die Studierenden Kooperationsbereit-schaft, Teamfahigkeit, Kommunikationsfahigkeit und die Regeln guter wissen-schaftlicher Praxis.

Inhalt Themenstellung je nach Ausrichtung der Arbeit

Studienleistung Schriftliche Ausarbeitung einer Bachelorarbeit


Mindestens mit der Note “ausreichend” bewertete Bachelorarbeit


Studien- /Prufungsleistungen Benotete schriftliche Arbeit

Medienformen Angeleitete Projektarbeit

Literatur Abhangig vom gewahlten Themengebiet

25


4 Modulbeschreibungen Wahlbereich

4.1 Methoden der Experimentalphysik (B-WA)

Modulbezeichnung Statistische Methoden der Datenanalyse

ggf. Untertitel

Kurzel B-WA1

Bemerkung entspricht dem Modul M-WA1 des Masterstudiengangs



Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung aus Wahlbereich B-WA


Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. P. Buchholz



Leistungspunkte 9

Inhaltliche Voraussetzungen B-E1, B-E2, B-ME, B-M1, B-M3

Lernziele Die Studierenden werden mit den Grundlagen der Datenanalyse und derAnwendung auch komplexerer statistischer Methoden vertraut gemacht. DieKompetenzen zur Losung typischer Fragestellungen zur Analyse im Rahmeneiner Bachelor- oder Masterarbeit werden vermittelt.

Inhalt Beschreibung von Daten, Deskriptive StatistikFundamentale Konzepte und Begriffe der StatistikWahrscheinlichkeitsdichteverteilungenMonte-Carlo-MethodeParameterschatzungHypothesentestsKonfidenzintervalle und AusschlußgrenzenEreignisklassifikationSystematische UnsicherheitenMultivariate Methoden

Studienleistung Schriftliche oder mundliche Prufung


Bestandene Prufung


Medienformen Vorlesung mit Tafelanschrieb, elektronische Medien, Ubungen mit Aufgabenzum Selbststudium, praktische Ubungen mit Datenanalysesoftware auf demRechner.

Literatur Barlow: Statistics – A Guide to the Use of Statistical Methods in the PhysicalSciencesBevan: Statistical Data Analysis for the Physical SciencesBlobel, Lohrmann: Statistische und numerische Methoden der DatenanalyseBohm, Zech: Introduction to Statistics and Data Analysis for PhysicistsBrandt: Datenanalyse fur Naturwissenschaftler und IngenieureCowan: Statistical Data Analysis

26


Modulbezeichnung Elektronikpraktikum

ggf. Untertitel

Kurzel B-WA2






Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. P. Buchholz



Leistungspunkte 6

Inhaltliche Voraussetzungen B-E2

Lernziele Die Studierenden werden mit den Grundlagen der Elektronik vertraut gemacht.Dazu werden in einer integrierten Veranstaltung sowohl die Grundlagen imVorlesungsstil vermittelt als auch Versuche durchgefuhrt. Die zu untersuchen-den Elektronikschaltungen werden dabei parallel als Versuche aufgebaut undmit PSPICE auf dem PC simuliert. Die Studierenden lernen sowohl den Um-gang mit den Bauteilen als auch mit CAD-Programmen. Der kritische Ver-gleich der Messungen an den tatsachlichen Schaltungen mit den Simulationenist ein weiteres Lernziel.

Inhalt Einfuhrung in PSPICEPassive Bauelemente: Widerstand, Kondensator, SpuleEinfuhrung in die HalbleiterphysikDiodenschaltungenTransistorschaltungenFeldeffekttransistorenOperationsverstarker



Bestandene Prufung


Medienformen Vorlesung mit Tafelanschrieb, elektronische Medien, Simulationen am PC undpraktische Ubungen mit diskreten Bauelementen.

Literatur Duyan, Hahnloser, Traeger: PSPICEHering, Bressler, Gutekunst: Elektronik fur IngenieureHorowitz, Hill: The Art of ElectronicsTietze, Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnikv.Wangenheim: PC-Simulation elektronischer Grundschaltungen

27


Modulbezeichnung Detektorphysik

ggf. Untertitel

Kurzel B-WA3









Leistungspunkte 6

Inhaltliche Voraussetzungen B-E1, B-E2, B-E3, B-E4

Lernziele Die Studierenden werden mit den Grundlagen der Detektorphysik vertraut ge-macht. Sie lernen die Funktionsweise von Detektoren zu verstehen und diephysikalischen Prinzipien, die fur die Erzeugung von Signalen verantwortlichsind. Sie lernen die Anwendungsfelder verschiedener Arten von Detektorenkennen.

Inhalt Wechselwirkung zwischen Teilchen und MaterieDetektoreigenschaftenGasgefullte DetektorenFestkorperdetektorenTeilchenidentifikationMedizinische Anwendungen



Bestandene Prufung


Medienformen Vorlesung mit Tafelanschrieb, elektronische Medien, Ubungen mit Aufgabenzum Selbststudium.

Literatur Grupen, Schwartz: Particle DetectorsGrupen, Buvat: Handbook of Particle Detection and ImagingKolanowksi, Wermes: Teilchendetektoren

28


Modulbezeichnung Beschleunigerphysik I

ggf. Untertitel

Kurzel B-WA4

Bemerkung





Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. J. Knobloch

Lehrform Vorlesung 2 SWS, Praktikum 2 SWS, Exkursion (Blockveranstaltung)


Leistungspunkte 6

Inhaltliche Voraussetzungen B-E1, B-E2, B-T2, B-P1, B-P2

Lernziele Die Studierenden werden mit den Grundlagen der Beschleunigerphysik ver-traut gemacht. Dazu werden in einer integrierten Veranstaltung sowohl dieGrundlagen im Vorlesungsstil vermittelt als auch Versuche an Beschleuni-gerkomponenten, sowie am Beschleuniger Metrology Light Source, durch-gefuhrt. Rechnergestutzte Simulationen sind Bestandteil des Praktikums. DieStudierenden erlangen somit die Fahigkeit im Bereich der BeschleunigerphysikMasterarbeiten zu absolvieren.

Inhalt Historie und Anwendungen der BeschleunigerKomponenten der BeschleunigerHohlraumresonatoren fur BeschleunigerMagnete, Strahldiagnose, InjektionssystemeLongitudinale Strahldynamik, PhasenfokussierungLineare, transversale StrahldynamikTransportmatrizen, Twiss Parameter, StrahleigenschaftenPeriodische Systeme und StrahlstabilitatChromatische EffekteSynchrotronstrahlung und Anwendungen, StrahlungseffektePraktikum: Messung/Simulation von Resonatoren, MagnetenExperimente an einem BeschleunigerExkursion: Besichtigung mehrerer Beschleuniger

Studienleistung Schriftlich Ausarbeitung der Ubungsaufgaben (2/3) und Praktikumsbericht(1/3)


Bestandene Ubungsaufgaben und anerkannter Praktikumsbericht

Verwendbarkeit des Moduls B-WA5


Literatur Wille: The Physics of Particle AcceleratorsWiedemann: Particle Accelerator PhysicsWangler: RF Linear AcceleratorsEdwards, Syphers: An Introduction to the Physics of High Energy Accelerators

29


Modulbezeichnung Beschleunigerphysik II

ggf. Untertitel Supraleitende HF Systeme

Kurzel B-WA5






Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. J. Knobloch

Lehrform Vorlesung 1 SWS, Praktikum 1 SWS (Blockveranstaltung)


Leistungspunkte 3

Inhaltliche Voraussetzungen B-WA4

Lernziele Aufbauend auf die allgemeine Beschleunigerphysik, werden Studierendemit den Grundlagen der supraleitenden HF (SRF) vertraut gemacht – eineSchlusseltechnologie fur viele moderne Beschleuniger. Dazu werden in einerintegrierten Veranstaltung sowohl die Grundlagen im Vorlesungsstil als auchmit rechnergestutzten Simulationen vermittelt. Die Studierenden erlangen so-mit die Fahigkeit im Bereich der Beschleunigerphysik, sowie SRF, Master-arbeiten zu absolvieren.

Inhalt Ruckblick Kupfer HF Kavitaten und deren Grenzen (Verluste, HOMs)Vorteile der supraleitenden ResonatorenEinfuhrung in die Supraleitung und Theorie der supraleitenden HF SystemePraktische Grenzen von SRF Resonatoren und LosungenProduktion und Behandlung von SRF SystemenKomponenten fur den Betrieb von SRF Kavitaten im BeschleunigerPraktikum: Simulationen und Optimierung von SRF Systemen

Studienleistung Schriftliche Ausarbeitung eines Praktikumsberichts


Anerkannter Praktikumsbericht



Literatur Padamsee, Knobloch, Hays: Superconducting RF for Particle Accelerators

30


4.2 Experimentelle Festkorperphysik (B-WB)

Modulbezeichnung Einfuhrung in die Kristallographie

ggf. Untertitel

Kurzel B-WB1

Bemerkung



Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung aus Wahlbereich B-WB


Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. U. Pietsch



Leistungspunkte 6


Lernziele Den Studierenden werden kristallographische Arbeitstechniken, wie z.B. dieArbeit mit dem Wulffschen Netz oder die stereographische Projektion, vermit-telt. Ein wesentliches Ziel der Lehrveranstaltungen besteht darin, den Studie-renden die Fahigkeit des Denkens im dreidimensionalen Raum zu vermitteln.In den Ubungen wird daruber hinaus trainiert, die Symmetrie von Kristallenmit Hilfe von Symmetrieelementen zu beschreiben und dreidimensionale Ob-jekte in Form von zweidimensionen Projektionen zu visualisieren sowie eineKlassifizierung der Symmetrie eines Kristalls anhand von Symmetrieelemen-ten vorzunehmen.

Inhalt Der Symmetriebegriff, 2D Symmetrielemente, 2D Bravaisgitter3D Bravaisgitter, 3D Symmetrieelemente, 7 KristallsystemeEinfuhrung in die 32 KristallklassenWullsches Netz, Stereographische ProjektionKristallsymmetrie, Stereographische ProjektionEinfuhrung in die 230 RaumgruppenBeispiele von RaumgruppensymmetrieInternational Tables of X-ray Crystallography



Bestandene Prufung



Literatur Kleber: Einfuhrung in die KristallographieKittel: Einfuhrung in die Festkorperphysik

31


Modulbezeichnung Moderne Methoden der Rontgenphysik

ggf. Untertitel

Kurzel B-WB3

Bemerkung entspricht dem Modul M-WB1 des Masterstudiengangs



Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung aus Wahlbereich B-WB


Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. C. Gutt



Leistungspunkte 6

Inhaltliche Voraussetzungen B-E1, B-E2, B-E3, B-E4

Lernziele Die Studierenden kennen grundlegende Konzepte der Rontgenphysik: sie ver-stehen die Entstehung der Strahlung und die physikalischen Mechanismen derWechselwirkungsprozesse. Die mathematischen Grundlagen zur Beschreibungvon Interferenzphanomenen in der kondensierten Materie werden beherrschtund konnen selbstandig angewendet werden. Die Studierenden verstehen wiemittels Rontgenstrahlung die atomaren Eigenschaften von kondensierter Ma-terie gemessen werden konnen. Die Kenntnis moderner koharenzbasierter undzeitaufgeloster Methoden versetzt die Studierenden in die Lage, eine Bachelorbzw. Masterarbeit im Bereich der Forschung mit Synchrotronstrahlungsquellenbzw. freien Elektronen-Lasern durchzufuhren.

Inhalt Wechselwirkung von Rontgenstrahlung mit MaterieAbsorption, Streuung, harte und weiche RontgenstrahlungQuellen fur RontgenstrahlungRohren, Synchrotron und Freie Elektronen LaserBeugung an Kristallen, amorphen Systemen, NanostrukturenLaue Gleichungen, Ewald- Kugel, BeugungsmethodenPhononenspektroskopie, Gitterschwingungen, Debye-Waller-FaktorMagnetische Beugung, XMCD Effekt, resonante StreuungKoharenzUltraschnelle RontgenbeugungAnwendungen in der Nanowissenschsft



Bestandene Prufung



Literatur Als Nielsen, McMorrow: Modern Methods of X-ray PhysicsWarren: X-ray diffraction

32


4.3 Experimentelle Quantenoptik und Nano-Optik (B-WC)

Modulbezeichnung Optik

ggf. Untertitel

Kurzel B-WC1

Bemerkung



Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung aus Wahlbereich B-WC


Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. M. Agio



Leistungspunkte 6

Inhaltliche Voraussetzungen B-E1, B-E2

Lernziele Die Studierenden vertiefen ihre Kenntnisse der grundlegenden Phanomene dermodernen Optik, die teilweise anhand von Vorfuhrexperimenten erlautert wer-den. In den Ubungen lernen sie, physikalische Probleme zu erkennen, diesein Bezug zum Vorlesungsstoff zu setzen, mathematisch zu formulieren undLosungen zu finden. Die Diskussion der genannten Schritte mit Kommilitonenund Ubungsleitern fordert das Verstandnis und entwickelt die Fahigkeit zurKommunikation uber physikalische Sachverhalte.

Inhalt Geometrische Optik, achsenahe Optik, Matrixmethoden, AberrationWellenoptik, Polarisation, Interferenz, zeitliche und raumliche KoharenzBeugung, Fraunhofer- und Fresnel-BeugungFourieroptik, FeldtheoremeTransversalmoden, Gauß’sche StrahlenOptische Instrumente, konfokale MikroskopieFaseroptik, optische WellenleiterOptische ResonatorenNichtlineare Optik



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls M-WC2, M-WC3


Literatur Born, Wolf: Principles of OpticsHecht: Optik

33


Modulbezeichnung Laserspektroskopie

ggf. Untertitel

Kurzel B-WC2

Bemerkung entspricht dem Modul M-WC1 des Masterstudiengangs





Modulverantwortliche(r) PD Dr. M. Johanning



Leistungspunkte 6


Lernziele Die Studierenden werden mit den Instrumenten und Methoden der Laser-spektroskopie vertraut gemacht. Uber die Kenntnis des Atomaufbaus und des-sen Abhangigkeit von Umgebungsgroßen sowie der Licht-Materie-Wechsel-wirkung kann die Nutzung des Atoms als Sensor verstanden werden. Weiterhinerlernen die Studierenden wie aus dem spektroskopischen Fingerabdruck In-formation uber Probenzusammensetzung und Zustandsgroßen wie Druck oderTemperatur extrahiert werden konnen. Moderne laserspektroskopische Me-thoden zur Nutzung von Atomen als Frequenzstandard sowie Methoden zurZustandsmanipulation werden vermittelt.

Inhalt Atome, Molekule und ihre Wechselwirkung mit Licht und statischen unddynamischen elektromagnetischen Feldernkoharente Wechselwirkung, Dekoharenz, Optische Bloch-Gleichungen undRatengleichungenGrundlagen spektroskopischer Instrumente: z. B. Matrizenoptik, Resonatoren,WellenlangenselektionLaser: Aufbau und Eigenschaften, Lasermoden, kontinuierliche Laser, gepul-ste Laser, LasermodulationLineare Spektroskopie: Absorption, Emission, Methoden zur Empfindlich-keitssteigerung, Messungen von Dichten, Feldern, TemperaturenNichtlineare Spektroskopie: z. B. Sattigungsspektroskopie, Frequenzmischungund Erzeugung von HarmonischenModerne Laseranwendungen: Prazisionsspektroskopie, Frequenzkamm,Laserkuhlung



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls M-P, M-E2, M-WC2, M-WC3


Literatur Demtroder: Laser SpectroscopyFoot: Atomic PhysicsFox: Quantum OpticsSiegman: LasersSuter: The Physics of Laser-Atom Interactions

34


Modulbezeichnung Ultraschnelle und nichtlineare Optik

ggf. Untertitel

Kurzel B-WC3

Bemerkung





Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. M. Agio



Leistungspunkte 6


Lernziele Vertieftes Kennenlernen der grundlegenden Phanomene der ultraschnellen undnichtlinearen Optik, die teilweise anhand von Vorfuhrexperimenten erlautertwerden. In den Ubungen wird trainiert, physikalische Probleme zu erkennen,diese in Bezug zum Vorlesungsstoff zu setzen, mathematisch zu formulierenund Losungen zu finden. Die Diskussion der genannten Schritte mit Kommili-tonen und Ubungsleitern fordert das Verstandnis und entwickelt die Fahigkeitzur Kommunikation uber physikalische Sachverhalte.

Inhalt Einfuhrung in ultrakurze LaserpulsePrinzipien der ModenkopplungUltrakurzpuls-MessmethodenDispersions- und DispersionskompensationNichtlineare optische SuszeptibilitatWellengleichung Beschreibung nichtlinearer optischer WechselwirkungenQuantenmechanische Theorie der nichtlinearen optischen SuszeptibilitatIntensitatsabhangiger Brechungsindex und zugehorige ProzesseNichtlineare Optik fur ein Zwei-Niveau-SystemUltraschnelle nichtlineare Optik: Zweite OrdnungUltraschnelle nichtlineare Optik: Dritte OrdnungManipulation von ultrakurzen PulsenUltraschnelle zeitaufgeloste Spektroskopie



Bestandene Prufung



Literatur Weiner: Ultrafast OpticsBoyd: Nonlinear Optics

35


4.4 Experimentelle Teilchen- und Astroteilchenphysik (B-WD)

Modulbezeichnung Astrophysik

ggf. Untertitel

Kurzel B-WD1

Bemerkung



Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung aus Wahlbereich B-WD


Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. O. Schwarz

Lehrform Vorlesung 2 SWS, Ubung 2 SWS, Kurzpraktikum an der Sternwarte


Leistungspunkte 6


Lernziele Die Studierenden kennen uberblicksartig grundlegende Beobachtungs-verfahren und Auswertungsmethoden und konnen diese selbst handhaben. Siesind in der Lage, ihr physikalisches Wissen auf ausgewahlte astrophysikali-sche Problemstellungen anzuwenden – besonderer Wert wird dabei auf ei-genstandige Modellbildungen und prinzipielle Abschatzungen von typischenGroßenordnungen gelegt. Sie konnen typische Zustandsdiagramme der Astro-physik (Schwerpunkt: Hertzsprung-Russell-Diagramm) interpretieren und diein ihnen enthaltenen Informationen herauslesen. Sie verstehen die physikali-schen Grundgedanken ausgewahlter Weltmodelle.

Inhalt Grundlegende Beobachtungs- und AuswerteverfahrenGezeiten, Roche-Grenze, kugelformige und irregulare HimmelskorperWeisskopf-Grenze, planetare Magnetfelder und AtmospharenZustandsgroßen der Sterne und ihre BestimmungZusammenhange zwischen stellaren ZustandsgroßenHertzsprung-Russell-Diagramm als Zustands- und EntwicklungsdiagrammGrundlegende Entwicklungsprozesse im UniversumSternentstehung, Materiekreislauf, Endstadien, ElementsyntheseGroße Strukturen: Galaxien, Galaxienhaufen, WabenstrukturGrundlagen der Kosmologie: Klassische Friedmann Modelle, UrknallHintergrundstrahlung, Dunkle Materie, Dunkle EnergieFundamentale Konzepte und Prinzipien, kosmologisches Prinzip



Bestandene Prufung



Literatur De Boer, Furst, Lichtenfeld, Schwarz, Ullerich, Zill: AstronomieSexl: Weiße Zwerge schwarze LocherCelnikier: Basics of Cosmic StructuresPhillips: The Physics of StarsLiddle: Einfuhrung in die moderne Kosmologie

36


Modulbezeichnung Strahlenschutzphysik

ggf. Untertitel

Kurzel B-WD2

Bemerkung








Leistungspunkte 6


Lernziele Die Studierenden werden mit den Grundlagen der Strahlenschutzphysik ver-traut gemacht. Sie lernen den sicheren Umgang mit radioaktiven Praparatenund werden mit der Strahlenschutzverordnung vertraut gemacht.

Inhalt Physikalische GrundlagenWechselwirkung von ionisierender Strahlung mit MaterieRadioaktive ZerfalleStrahlenschutzmeßtechnikenGesetzliche GrundlagenStrahlenschutztechnikenSicherheitsaspekteStrahlungsquellenKernenergie



Bestandene Prufung



Literatur Grupen: Grundkurs StrahlenschutzKrieger: Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes

37


Modulbezeichnung Astroteilchenphysik

ggf. Untertitel

Kurzel B-WD3

Bemerkung entspricht dem Modul M-WD1 des Masterstudiengangs








Leistungspunkte 6


Lernziele Die Studierenden werden mit den Grundlagen der Astroteilchenphysik ver-traut gemacht. Es werden zudem Einsichten in aktuelle Forschungsgebiete derAstroteilchenphysik vermittelt.

Inhalt Kosmische Strahlung: direkte und indirekte Beobachtung, Beschleunigungund Quellen, Propagation, Luftschauer, ExperimenteAktuelle Ergebnisse: Fluss, Zusammensetzung, Anisotropien, Wechsel-wirkungsprozesse, neue PhysikGamma-Astronomie: Gamma-Ray-Bursts, TeV-Gamma-AstronomieNeutrino-Astronomie: Sonne, Supernova 1987a, Hochenergieneutrinos



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls M-WD3


Literatur Grupen: AstroteilchenphysikKlapdor-Kleingrothaus, Zuber: Teilchenastrophysik

38


Modulbezeichnung Kosmologie

ggf. Untertitel

Kurzel B-WD4

Bemerkung entspricht dem Modul M-WD2 des Masterstudiengangs



Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung aus B-WD





Leistungspunkte 6


Lernziele Die Studierenden werden mit den Grundlagen der Kosmologie vertraut ge-macht. Sie lernen Beobachtungsmethoden und mathematische Beschreibungendes Universums kennen. Es werden zudem Einsichten in aktuelle Forschungs-gebiete der Kosmologie vermittelt.

Inhalt BeobachungsinstrumenteWeltmodelle, Standardmodell der KosmologieBestimmung der kosmologischen ParameterDunkle Energie, Dunkle MaterieUrknall, InflationElemententstehungKosmische HintergrundstrahlungStrukturbildung



Bestandene Prufung



Literatur Schneider: Einfuhrung in die extragalaktische Astronomie und Kosmologie

39


4.5 Spezielle Gebiete der theoretischen Physik (B-WE)

Modulbezeichnung Kontinuierliche Symmetriegruppen

ggf. Untertitel

Kurzel B-WE1

Bemerkung



Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung aus Wahlbereich B-WE


Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. T. Feldmann



Leistungspunkte 6

Inhaltliche Voraussetzungen B-ME, B-T1, B-M1, B-M2

Lernziele Die Studierenden verstehen die mathematischen Grundlagen und die theore-tischen Konzepte von kontinuierlichen Symmetriegruppen und deren Darstel-lungen. Weiterhin haben die Studierenden in der Vorlesung und den Ubungenwichtige Beispiele fur Anwendungen in der theoretischen Physik kennen ge-lernt.

Inhalt Algebraische GrundlagenEndliche Gruppen und unitare DarstellungenLie-Gruppen und Lie-Algebren, SU(2) und SO(3)

Gewichte und Wurzeln, Dynkin-DiagrammeStruktur und Klassifizierung der halbeinfachen Lie-AlgebrenSU(N) und Young-Tableaus, Exzeptionelle Lie-AlgebrenSpinordarstellungen der SO(N)



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls B-E5, B-WG1, M-WE1, M-WE2, M-WF1


Literatur Cornwell: Group Theory in PhysicsCahn: Semi-simple Lie Algebras and their representationsTung: Group Theory in PhysicsHall: Lie Groups, Lie Algebras and RepresentationsSchottenloher: Geometrie und Symmetrie in der PhysikGeorgi: Lie Algebras in Particle PhysicsCheng, Li: Gauge Theory of Elementary Particle Physics

40


Modulbezeichnung Nichtlineare Dynamik und Strukturbildung

ggf. Untertitel

Kurzel B-WE2

Bemerkung





Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. O. Guhne



Leistungspunkte 6

Inhaltliche Voraussetzungen B-ME, B-T1

Lernziele Die Studierenden verstehen die grundlegenden Konzepte der nichtlinearen Dy-namik, Stabilitat, Instabilitat und Chaos und ihren Anwendungen in der Physik.

Inhalt Nichtlineare DifferentialgleichungenFixpunkte und BifurkationenModelle der PopulationsdynamikChaotische Systeme und AttraktorenReaktions-Diffusions-Systeme und StrukturbildungGranulare Materie



Bestandene Prufung



Literatur Guckenheimer, Holmes: Nonlinear Oscillations, Dynamical Systems andBifurcations of Vector FieldsJetschke: Mathematik der SelbstorganisationStrogatz: Nonlinear Dynamics and Chaos

41


Modulbezeichnung Stochastische Prozesse

ggf. Untertitel

Kurzel B-WE3

Bemerkung








Leistungspunkte 6

Inhaltliche Voraussetzungen B-ME, B-T1

Lernziele Die Studierenden verstehen die Grundlagen der Theorie stochastischer Prozes-se und ihrer Anwendungen in der Physik, Finanzmathematik und Biologie.

Inhalt Mastergleichungen und einfache stochastische ProzesseStochastische DifferentialgleichungenAnwendungen: Diffusion, Black-Scholes-Theorie fur OptionspreiseMathematische Modelle fur NetzwerkeSmall-World-Netzwerke, Preferential AttachmentModelle fur dynamische Prozesse auf Netzwerken, z.B. Infektionsausbreitung



Bestandene Prufung



Literatur Jacobs: Stochastic Processes for Physicists: Understanding Noisy SystemsNewman: Networks

42


Modulbezeichnung Allgemeine Relativitatstheorie

ggf. Untertitel

Kurzel B-WE4

Bemerkung





Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. W. Kilian



Leistungspunkte 6

Inhaltliche Voraussetzungen B-ME, B-T1, B-T2, B-T3, B-M1, B-M2

Lernziele Die Studierenden erhalten ein Grundverstandnis der Raum-Zeitstruktur desUniversums und der modernen Gravitationstheorie. Die erlernten Methodikenermoglichen das quantitative Verstandnis und die Modellierung gravitativerPhanomene in der Astrophysik und Kosmologie.

Inhalt Newtonsche Gravitationstheorie und spez. RelativitatstheorieRaum-Zeit-Geometrie in allgemeinen KoordinatenRiemannsche und Cartansche GeometrieEinstein-GleichungenGravitationswellenStatische Gravitationsfelder, Schwarzschild-LosungTests der Allgemeinen RelativitatstheorieKosmologische Anwendungen, Expansion des Universums



Bestandene Prufung



Literatur Weinberg: Gravitation and CosmologyFließbach: Allgemeine RelativitatstheorieScheck: Theoretische Physik 3

43


4.6 Quantentheorie und theoretische Quantenoptik (B-WF)

Modulbezeichnung Quanteninformationstheorie

ggf. Untertitel

Kurzel B-WF1

Bemerkung entspricht dem Modul M-T1 des Masterstudiengangs



Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung aus Wahlbereich B-WF





Leistungspunkte 9

Inhaltliche Voraussetzungen B-T1, B-T2, B-T3, B-T4

Lernziele Die Studierenden lernen fortgeschrittene theoretische Konzepte der klassischenund quantenmechanischen Informationstheorie kennen. Dadurch lernen sie,physikalische Probleme aus dem Blickwinkel der algorithmischen Komplexitatzu betrachten. In den Ubungen losen die Studierenden Aufgaben zur Vertiefungdes Vorlesungsstoffs. So wird trainiert, physikalische Probleme zu erkennen,diese in Bezug zum Vorlesungsstoff zu setzen, mathematisch zu formulierenund Losungen zu finden. Die Diskussion der genannten Schritte mit Kommili-tonen und Ubungsleitern fordert das Verstandnis und entwickelt die Fahigkeitzur Kommunikation uber physikalische Sachverhalte.

Inhalt Protokolle der Quanteninformation: Kryptographie, TeleportationSicherheitsanalyse der QuantenkryptographieQuantencomputer und QuantenalgorithmenQuantenfehlerkorrekturKomplexitatsklassen von Problemen: P, NP, BQP, QMAEinweg-QuantencomputerTopologische Quanteninformationsverarbeitung

Studienleistung Schriftliche oder mundliche Prufung, evtl. zusatzlicher Vortrag uber eine aktu-elle Forschungsveroffentlichung


Bestandene Prufung



Literatur Nielsen, Chuang: Quantum Information TheoryBarnett: Quantum InformationOriginalliteratur

44


Modulbezeichnung Grundlagenprobleme der Quantenmechanik

ggf. Untertitel

Kurzel B-WF2









Leistungspunkte 9

Inhaltliche Voraussetzungen B-T1, B-T2, B-T3, B-T4

Lernziele Die Studierenden lernen die mathematischen, physikalischen und philosophi-schen Grundlagenprobleme der Quantenmechanik kennen. Dadurch werden siean aktuelle Forschungsthemen herangefuhrt. In den Ubungen losen die Studie-renden Aufgaben zur Vertiefung des Vorlesungsstoffs. So wird trainiert, physi-kalische Probleme zu erkennen, diese in Bezug zum Vorlesungsstoff zu setzen,mathematisch zu formulieren und Losungen zu finden. Die Diskussion der ge-nannten Schritte mit Kommilitonen und Ubungsleitern fordert das Verstandnisund entwickelt die Fahigkeit zur Kommunikation uber physikalische Sach-verhalte.

Inhalt Formalismus der QuantenmechanikTheoreme von Gleason, Kochen-Specker und BellNichtlokalitat und EPR ArgumentVerschrankungstheorieInterpretation der WellenfunktionMeßprozess in der Quantenmechanik

Studienleistung Schriftliche oder mundliche Prufung, evtl. zusatzlicher Vortrag uber eine aktu-elle Forschungsveroffentlichung


Bestandene Prufung



Literatur Peres: Quantum TheoryOriginalliteratur

45


Modulbezeichnung Quanteneffekte und Quantenparadoxa

ggf. Untertitel

Kurzel B-WF3

Bemerkung entspricht dem Modul M-WC6 des Masterstudiengangs








Leistungspunkte 6

Inhaltliche Voraussetzungen B-T1, B-T2, B-T3

Lernziele Die Studierenden kennen uberraschende Effekte der Quantenmechanik, dieteilweise auch technologisch relevant sind. Dadurch wird der Unterschied zurklassischen Physik sichtbar.

Inhalt Wechselwirkungsfreie MessungZeno-EffektMehrfachspaltexperimenteAharonov–Casher-EffektUberlichtschnelles TunnelnZufall in QuantenmessungenWigners FreundDas Meßproblem & Dekoharenz



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls B-WF2


Literatur Aharonov, Rohrlich: Quantum Paradoxes: Quantum Theory for the PerplexedOriginalliteratur

46


4.7 Theoretische Teilchenphysik (B-WG)

Modulbezeichnung Theoretische Teilchenphysik I

ggf. Untertitel Quantenfeldtheorie und Grundlagen des Standardmodells

Kurzel B-WG1




Turnus jedes SS


Modulverantwortliche(r) Dozent(in) der theoretischen Teilchenphysik



Leistungspunkte 9

Inhaltliche Voraussetzungen B-T1, B-T2, B-T3, B-T4, B-T5

Lernziele Die Studierenden verstehen die grundlegenden Konzepte der Quantenfeld-theorie als mathematisch-physikalische Basis der theoretischen Teilchen-physik, daruber hinaus auch fur die Quantenoptik und Vielteilchenphysik. ZurVertiefung des Vorlesungsstoffs lernen die Studierenden in den Ubungen, Auf-gaben zur Modellierung und Berechnung konkreter Systeme der Quantenfeld-theorie zu losen.

Inhalt Darstellungen der LorentzgruppeQuantisierung freier Felder, Fermionen und BosonenKlein-Gordon- und Dirac-GleichungLagrangedichte und Noether-TheoremWechselwirkende Felder, Storungstheorie und Feynman-Diagrammeφ4-Theorie und QuantenelektrodynamikBerechnung von Streuquerschnitten und ZerfallsratenGrundbausteine des Standardmodells, Higgs-Mechanismus



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls M-E3, M-T4, M-WD4, M-WE1, M-WE4, M-WF1


Literatur Peskin, Schroeder: Introduction to Quantum Field TheorySchwartz: Quantum Field Theory and the Standard ModelItzykson, Zuber: Quantum Field TheoryRyder: Quantum Field TheoryWeinberg: Quantum Field Theory I

47


4.8 Computermethoden in der Physik (B-WH)

Modulbezeichnung Computereinsatz in der Physik

ggf. Untertitel Linux, Python und Entwicklungswerkzeuge

Kurzel B-WH1

Bemerkung



Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung aus Wahlbereich B-WH



Lehrform Vorlesung 2 SWS, Tutorium 2 SWS (ggf. Blockkurs)


Leistungspunkte 6


Lernziele Die Studierenden werden mit grundlegenden Methodiken und Software-Werkzeugen vertraut gemacht, wie sie regelmaßig in der aktuellen physikali-schen Forschung verwendet werden. Im Tutorium lernen sie, diese Werkzeugefruhzeitig selbst fur Ihr Studium und daruber hinaus sinnvoll einzusetzen.

Inhalt Linux als BetriebssystemEditorenShell und KommandozeilenwerkzeugeProgrammierung mit PythonMakeWissenschaftlicher Textsatz mit LATEXgit als VersionsverwaltungContinuous Integration mit gitNumerische Bibliotheken fur PythonGraphische Darstellung numerischer Resultate

Studienleistung Aktive und regelmaßige Teilnahme am Tutorium


Aktive und regelmaßige Teilnahme am Tutorium (keine Benotung)


Medienformen Vorlesung mit Tafelanschrieb und Prasentationen am PC, Tutorium mitselbstandiger Arbeit am PC und Aufgaben zum Selbststudium.


48


Modulbezeichnung Wissenschaftliches Programmieren

ggf. Untertitel C++ oder Fortran

Kurzel B-WH2

Bemerkung








Leistungspunkte 6


Lernziele Die Studierenden lernen, selbstandig Programme zu in einer fur die physika-lische Forschung relevanten Programmiersprache zu entwickeln. Sie erhaltenein Grundverstandnis in numerischen Methoden, objektorientiertem und mo-dularem Softwaredesign und modernen Entwicklungsprinzipien, das sowohlfur physikalische Anwendungen als auch außerhalb der Wissenschaft einsetz-bar ist.

Inhalt Elementare Programme in C++ und/oder FortranRechnen mit Floating-Point-DatenArrays, Zeiger und SpeicherverwaltungProzeduren und FunktionenDatentypen, Klassen und MethodenEin- und AusgabeModule und NamespacesTestgetriebene ProgrammentwicklungAbstrahierung und objektorientiertes ProgrammdesignMethoden der Parallelisierung

Studienleistung Selbst bearbeitete Programmieraufgaben im Rahmen des Tutoriums


Selbst bearbeitete Programmieraufgaben (keine Benotung)


Medienformen Vorlesung mit Tafelanschrieb und Prasentationen am PC, Tutorium mitselbstandiger Arbeit am PC und Aufgaben zum Selbststudium.


49


Modulbezeichnung Computeralgebra in der theoretischen Physik

ggf. Untertitel Einfuhrung in Mathematica

Kurzel B-WH3

Bemerkung





Modulverantwortliche(r) PD Dr. T. Huber



Leistungspunkte 3

Inhaltliche Voraussetzungen B-T1, B-T2, B-T3

Lernziele Die Studierenden lernen die grundlegenden Konzepte von Computeralgebra-systemen kennen, sowie deren Anwendungen in der theoretischen Physik. Inden Ubungen losen die Studierenden durch Programmieren mathematischeAufgaben mit Bezug zum Vorlesungsstoff der theoretischen Physik. Die Um-setzung von physikalischen Problemen in mathematische Formeln und derenprogrammiertechnische Implementierung ist hierbei ein wesentlicher Bestand-teil.

Inhalt Syntax und Struktur eines Mathematica-AusdrucksZahlen und FunktionenDifferentiation und IntegrationVektoren und MatrizenStrukturerkennung und ErsetzungsregelnGleichungssysteme, DifferentialgleichnungenPlotsRechenpakete fur die Hochenergiephysik

Studienleistung Regelmaßige und aktive Teilnahme am Kurs


Selbstandige Bearbeitung von Programmieraufgaben (keine Benotung)

Verwendbarkeit des Moduls M-T3, M-T4, M-WE3, M-WF3

Medienformen Blockkurs an Computerarbeitsplatzen

Literatur Wolfram: The Mathematica BookGrozin: Introduction to Mathematica for Physicists

50


4.9 Berufspraktium (B-WI)

Modulbezeichnung Berufspraktikum

ggf. Untertitel

Kurzel B-WI1

Bemerkung

LSF-Signatur


Turnus


Modulverantwortliche(r) Dozent(in) der Physik

Lehrform Praktikum in einer außeruniversitaren Einrichtung

Arbeitsaufwand 180 h

Leistungspunkte 6


Lernziele Die Studierenden erhalten Einblick in die Berufswelt und die physikalisch-technische Forschung in der Industrie oder einer außeruniversitaren For-schungseinrichtung.

Inhalt Es handelt sich um ein vier- bis sechswochiges Berufspraktikum in einemBetrieb nach Wahl, der physikalisch-technische Forschung oder Entwicklungbetreibt. Die Tatigkeit wahrend des Praktikums muss mit den Inhalten desPhysikstudiums in Beziehung stehen. Weiterhin ist die Anerkennung desPraktikums im vorhinein mit dem Prufungsausschussvorsitzenden und einembetreuenden Dozenten zu klaren.

Studienleistung Schriftliche Ausarbeitung eines Praktikumsberichts


Mindestens mit der Note “ausreichend” bewerteter Praktikumsbericht


Medienformen Praktikum

Literatur

51

handbuch der modulelemente bachelorstudiengang physik · 2019-09-18 · handbuch der modulelemente...

Documents