Kommentierte Veranstaltungsankündigung zum Sommersemester 2011

Physikalisches Institut

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Wellenfunktion, Superpositionsprinzip, statistische Deutung; Operatoren: Eigenfunktionen und Eigenwerte, Unschärferelation, Kommutatoren. Die Schrödinger Gleichung: Stationäre Zustände. Anwendungen: Kastenpotential, Potentialstufe, harmonischer Oszillator. Gruppentheorie, Darstellungen, Orts- und Impulsdarstellung. Quasiklassische Näherung. Teilchen im Zentralfeld, H-Atom, Drehimpulsoperatoren. Störungstheorie, Ritzsches Variationsverfahren. Vielteilchensysteme; das Periodensystem der Elemente.
Die dazu benötigten, speziellen mathematischen Verfahren werden im Rahmen der Vorlesung behandelt.

• A.S. Dawydow, Quantenmechanik, mehrere Auflagen
• T. Fließbach, Quantenmechanik, z.B.: Spektrum Akad. Verl., Heidelberg (2005)

• H.P. Breuer, F. Petruccione, The Theory of Open Quantum Systems (Oxford University Press, Oxford, 2007)
• M. Hayashi, Quantum Information (Springer-Verlag, Berlin, 2006)
• M.A. Nielsen, I.L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information (Cambridge University Press, Cambridge, 2000)

• M.V. Berry, Regular and irregular motion, Topics in Nonlinear Dynamics, ed. S. Jorna, AIP Conference Proceedings 46, 16-120 (1978)
• A.M. Ozorio de Almeida, Hamiltonian Systems: Chaos and Quantization, Cambridge University Press 1988
• M.J. Giannoni, A. Voros, J. Zinn-Justin (eds.), Chaos and Quantum Physics, Les Houches School LII, North-Holland 1991
• M.C. Gutzwiller, Chaos in Classical and Quantum Mechanics, Springer 1990
• F. Haake, Quantum Signatures of Chaos, Springer 1991

• Quantisierung von Feldtheorien mittels Funktionalintegralen
• Störungstheorie und Feynman-Diagramme
• Eichtheorien und deren Quantisierung
• BRS-Symmetrie und Slavnov-Taylor-Identitäten
• Eichtheorie der Starken Wechselwirkung (Quantenchromodynamik)
• Quantenkorrekturen und Renormierung
• Renormierungsgruppengleichung
• Jet-Produktion in e+e- Vernichtung
• Parton-Modell für hadronische Teilchenreaktionen
• Parton-Verteilungsfunktionen und DGLAP-Evolution
• Tief inelastische Elektron-Nukleon-Streuung
• Quantenkorrekturen zum Drell-Yan-Prozess

• Böhm/Denner/Joos, Gauge Theories of the Strong and Electroweak Interaction
• Cheng/Li, Gauge Theory of Elementary Particle Physics
• Collins, Renormalization
• Ellis/Stirling/Webber, QCD and Collider Physics
• Itzykson/Zuber, Quantum Field Theory
• Peskin/Schroeder, An Introduction to Quantum Field Theory
• Sterman, Quantum Field Theory
• Weinberg, The Quantum Theory of Fields, Vol.1: Foundations
• Weinberg, The Quantum Theory of Fields, Vol.2: Modern Applications

• A.P. Sutton, Electronic Structure of Materials, Oxford (1993)
• D.G. Pettifor, Bonding and Structure of Molecules and Solids, Oxford (1995)
• M.W. Finnis, Interatomic Forces in Condensed Matter, Oxford (2003)
  

• Grundlagen der Teilchenbeschleuniger
• Wechselwirkung von Teilchen mit Materie
• Ionisationsmessung
• Orts- und Impulsmessung
• Zeitmessung
• Energiemessung, Kalorimeter
• Teilchenidentifizierung
• Detektorsysteme der Teilchen- und Astroteilchenphysik
• Ausgewählte Anwendungen aus dem medizinischen Bereich

• K. Kleinknecht, Detektoren für Teilchenstrahlung, Teubner Verlag
• W.R. Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, Springer Verlag
• C. Grupen, Teilchendetektoren, BI Wissenschaftsverlag

Diese Vorlesung behandelt die Physik an Hadron-Beschleunigern. Im Vordergrund steht die Diskussion von Messungen, die am Tevatron-Beschleuniger in Chicago sowie am LHC am CERN in Genf momentan durchgeführt werden. Diese umfassen Tests des Standardmodells der Teilchenphysik sowie Suchen nach neuen Teilchen.

 Die Themenschwerpunkte:  

• Die Beschleuniger
• Detektoren am LHC
• Eigenschaften von pp-Kollisionen
• Strukturfunktionen, Wirkungsquerschnitte
• Teilchensignaturen in den LHC-Experimenten
• Vermessung von inelastischen pp-Kollisionen
• Produktion von Jets und Direkten Photonen, Test der QCD
• Physik der W- und Z-Bosonen
• Das Top-Quark und die Vermessung seiner Eigenschaften
• Suche nach dem Higgs-Boson
• Suche nach supersymmetrischen Teilchen
• Suche nach anderen Erweiterungen des Standardmodells

• F. Halzen, A.D. Martin, Quarks and Leptons, Wiley-Verlag
• D. Griffiths, Introduction to Elementary Particles, Wiley-Verlag
• G. Kane, A. Price (Ed.), Perspectives on LHC Physics, World Scientific
• R.K. Ellis, W.J. Stirling und B.R. Webber, QCD and Collider Physics, Cambridge Univ. press
• D. Green, High PT Physics at Hadron Colliders, Cambridge Univ. press

Die Nichtlineare Dynamik, landläufig als ''Chaos-Theorie'' bezeichnet, versucht, komplexes Verhalten dynamischer Systeme durch nichtlineare, dissipative, niedrig-dimensionale, deterministiche Differentialgleichungen zu erfassen. In der Vorlesung werden ausgehend von Experimenten und praktischen Beispielen die Konzepte der Nichtlinearen Dynamik vorgestellt. Ein besonderer Schwerpunkt dieser Veranstaltung liegt in der Mitgestaltung der Vorlesung und Durchführung von Experimenten durch die Teilnehmer. Parallel zu den Experimenten werden die theoretischen Konzepte vorgestellt.

Diese Vorlesung ist insofern etwas besonderes, als dass sie nicht als klassischer Frontal-Unterricht stattfinden wird. Es ist unser Ziel, die Teilnehmer intensiv in die Vorlesung einzubinden. Z.B. sollen Experiment durch die Teilnehmer selbst durchgeführt werden, inklusive der Datenauswertung.

Vorläufiges Programm (alle Punkte umfassen Praxis und Theorie):

• Pohlsches Rad
• Takens Theorem
• Lyapunov Exponenten
• Fraktale Attraktoren
• Wege ins Chaos
• Instabile periodische Orbits
• Synchronisation von Oszillatoren

• H.G. Schuster, Deterministisches Chaos, VCH, 1994
• H. Kantz, T. Schreiber, Nonlinear Time Series Analysis, Cambridge University Press, 1997
• A. Pikovsky, M. Rosenblum, J. Kurths, Synchronization: A Universal Concept in Nonlinear Sciences, Cambridge University Press, 2003

Die Molekülspektroskopie ist ein traditionsreiches Grenzgebiet zwischen Physik und Chemie, das die innere Struktur und die Dynamik von Molekülen sowie ihre Wechselwirkung mit Strahlung untersucht. Durch die rasante Entwicklung der Lasertechnik in den letzten 50 Jahren ist eine Vielzahl von spektroskopischen Methoden entstanden. Zunächst werden die Grundlagen der Molekülphysik und der Materie-Licht-Wechselwirkung wiederholt. Dann werden grundlegende experimentelle Techniken vorgestellt und Schlüsselexperimente besprochen. Wichtige Beispiele sind die Absorptions- / Emissionsspektroskopie in verschiedenen Spektralbereichen, sowie Raman-, Fourier-, Doppelresonanz-, Matrixisolations-, und Photoionisations-Spektroskopie. Moderne Entwicklungen schließen die Einzelmolekül-Spektroskopie, die Untersuchung ultrakalter Moleküle sowie zeitaufgelöste Techniken ein, die sich ultrakurzer Laserpulse bedienen.

Die Übungen beinhalten begleitende schriftliche Aufgaben, die Besprechung aktueller Forschungsergebnisse, sowie einen Teil mit praktischen Aufgaben zur Laserspektroskopie von Molekülen.

Die Vorlesung richtet sich an Studenten im Hauptstudium. Vorkenntnisse aus der Theoretischen Physik III (Quantenmechanik) und Experimentalphysik III&IV (Atom- und Molekülphysik) sind hilfreich.

• Demtröder, Molekülphysik
• Demtröder, Laserspektroskopie
• J.M. Hollas, Modern Spectroscopy

• Demtröder, Experimentalphysik 3
• Demtröder, Molekülphysik
  

Klassische Mechanik (Theoretische Physik II)
Quantenmechanik I (Theoretische Physik IV)

• Introduction to protein structure, C. Branden and J. Tooze
• Structure in protein chemistry, J. Kyte
• Molecular and cellular biophysics, M.B. Jackson
• Computer simulations of liquids, M.P. Allen and D.J. Tildesley

On demand this lecture can be given in English.

• G. Strobl, Physics of Polymers
• Colby & Rubinstein, Polymer Physics  

Seit der Entdeckung der Fünf-Minuten-Oszillationen der Sonne im Jahr 1962 und der sich daraus ergebenden Erkenntnis der globalen kohärenten Natur dieser solaren Oszillationen, hat die Untersuchung mittels Helioseismologie das Verständnis über den inneren Aufbau der Sonne und ihrer internen Dynamik revolutioniert. So gibt es nun enge Randbedingungen an die Sonnenmodelle und eine neue Physik war notwendig, um das solare Neutrinoproblem zu lösen. Weiterhin hat die seismische Untersuchung der Sonne zu einem völlig unerwarteten Bild des inneren Rotationsprofils der Sonne geführt, was ein vollständiges Umdenken in Bezug auf die Modelle des solaren Sonnendynamos zur Folge hatte, welche das zyklisch variierende groß-skalige Magnetfeld der Sonne beschreiben.

Mit den neuesten Instrumenten am Boden und im Weltall, haben Daten hoher Qualität es ermöglicht, detaillierte Untersuchungen des Sonneninneren vorzunehmen und neue Techniken zu entwickeln. Es können nun auch die lokalen Eigenschaften des Sonneninneren untersucht werden, wie z.B. die vorherrschenden Bedingungen unter einem Sonnenfleck oder die lokale Veränderung von Strömungen.

Die Asteroseismologie baut auf dem Erfolg der Helioseismologie auf und erlaubt es im Wesentlichen, alle anderen Sterne ebenfalls seismisch zu untersuchen. Auch hier haben die neuesten im Weltall stationierten Observatorien es ermöglicht, mit hoher Präzision den inneren Aufbau der Sterne zu bestimmen.

Ziel:

• William Chaplin, Music of the Sun
• Conny Aerts et al., Asteroseismology
• Joergen Christensen Dalsgaard, Stellar Oscillations
• Frank Pijpers, Methods of helio- and asteroseismology

Ziel: 

Die Teilnehmenden erhalten einen Überblick über die wesentlichen Anwendungsgebiete und Methoden in der heutigen Digitalelektronik. Sie lernen an Hand von Beispielen die Konzepte und Funktionsweise digitaler Schaltkreise kennen und werden in die Programmierung von logischen Bausteinen eingeführt. In der praktischen Übung werden Logikbausteine (FPGA) selbst programmiert.

Inhalt:

Folgende Themen werden behandelt:

• Anwendungsfelder der Digitalelektronik
• Grundlagen und logische Verknüpfungen
• Schaltkreisfamilien
• Rechenschaltungen
• programmierbare Bausteine (FPGA und CPLD)
• Zahlen und Speicher
• Automaten
• Systeme zur Datenaufzeichnung

• Urbansk, Digitaltechnik (Springer)
• Tietze Schenk, Halbleitertechnik (Springer)

• Theorie und Technologie der Halbleiter, J. Wagner, WS
• Halbleitertechnologie, M. Fiederle, SS
• Halbleiterbauelemente, H. Schneider, SS

1.      Transportphänomene

2.      Metall-Halbleiter-Kontakt, Schottky-Diode

3.      p-n Diode
   Photodiode, LED, Laserdiode, Solarzelle

4.      bipolare Transistoren, HBT

5.      Feldeffekt-Transistoren
   JFET, MESFET, HEMT, MOSFET, FGFET

6.      Quantenstruktur-Bauelemente
   Inter-Subband-Detektor und –Emitter, Hot-Electron-Transistor, Resonant-Tunnelling-Diode

Vorlesung Theorie und Technologie der Halbleiter, Vorlesungsteil Theorie der Halbleiter, J. Wagner, WS

S.M. Sze and K.K. Ng, Physics of Semiconductor Devices, Wiley, 2006

S.M. Sze, Semiconductor Devices, Wiley, 2001

• Temperaturabhängige Stoffeigenschaften
  (Phasendiagramme und Aggregatzustände, räumliche Ausdehnung, Reibung, Viskosität, thermische Leitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit) 
• Supraflüssigkeit 
  
• Supraleitung
  
• Erzeugung tiefer Temperaturen
  (Kaltdampfmaschinen,  Joule-Thompson-Effekt, Wärmekraftmaschinen)
  
• Messverfahren
  (Temperaturmessung, Druckmessung, Füssigkeitsniveaus, Fluss, magnetische Messungen, akustische Messungen, etc.) 
• Kryostate
  (Thermische Isolation, verwendete Materialien, Behälter und Transferleitungen,  Aufbau von Kryostaten) 
• Sicherheit/Gefahren im Tieftemperaturbereich
  
• Extrem tiefe Temperaturen

• Enss, Hunklinger, Tieftemperaturphysik, Springer (2000) 
• Frank Pobell, Matter and Methods at Low Temperatures, Springer (1996) 
• J.G. Weisend II, Handbook of Cryogenic Engineering, Taylor & Francis (1998) 
• W.G. Fastowski u.a., Kryotechnik, Akademie-Verlag (1970) 
• H. Hausen, H. Linde, Tieftemperaturtechnik, Springer (1985) 
• Hartmut Frey, Rene A. Haefer, Tieftemperaturtechnologie, VDI-Verlag (1981)

Thema der Vorlesung wird die verblüffende Veränderung physikalischer Eigenschaften in kleinen Systemen sein, von quantenmechanischen Effekten über den speziellen Einfluss reduzierter Größe auf intrinsisch ausgedehnte Phänomene wie Ferromagnetismus oder Supraleitung bis hin zur speziellen Thermodynamik von wenig-Teilchen-Systemen.

Dies wird anhand der ganzen Bandbreite neuester Experimente gezeigt. Die Übungen werden zur Vertiefung des Vorlesungsstoffs, aber auch zur Erarbeitung aktueller Veröffentlichungen genutzt werden.

Folgende Stichpunkte geben einen Überblick über das Programm der Vorlesung:

• Herstellung von Clustern und Nanopartikeln, experimentelle Methoden
• Geometrische Struktur der Cluster (Mikroskopie, Beugung, Spektroskopie)
• Elektronische Struktur der Cluster (optische u. Photoelektronenspektroskopie)
• Elektronen-Dynamik in kleinen Systemen (Femtosekunden-Spektroskopie)
• Optische Eigenschaften von Halbleiterteilchen (optische Spektroskopie)
• Magnetismus von kleinen Teilchen (Stern-Gerlach-Spektroskopie, XMCD)
• Thermodynamik kleiner Systeme: Phasenübergänge in Clustern
• Exotische Quantenphänomene in Teilchen: Superflüssigkeit und Supraleitung

Sehr hilfreich ist die Kenntnis der Grundlagen von Quantenmechanik, Atom- und Molekülphysik, Festkörperphysik und Thermodynamik; die Vorlesung kann aber auch dazu dienen, diese Kenntnisse aufzufrischen bzw. zu erlangen.

• H.Haberland, Clusters of Atoms and Molecules I & II, Springer Series in Chemical Physics, 52 & 56