handbuch der modulelemente masterstudiengang physik

Handbuch der ModulelementeMasterstudiengang Physik

Department PhysikNaturwissenschaftlich-Technische Fakultat

Universitat Siegen

18. September 2019

Inhaltsverzeichnis1 Struktur des Studiums 1

2 Modulubersicht 22.1 Fachkurse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2 Wahlbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.3 Pflichtbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.4 Liste der Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3 Modulbeschreibungen Fachkurse 53.1 Experimentalphysik (M-E) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.2 Theoretische Physik (M-T) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4 Modulbeschreibungen Wahlbereich 124.1 Methoden der Experimentalphysik (M-WA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.2 Festkorperphysik (M-WB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164.3 Quantenoptik und Nano-Optik (M-WC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194.4 Experimentelle Teilchen- und Astroteilchenphysik (M-WD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.5 Theoretische Teilchenphysik: Phanomenologie des Standardmodells (M-WE) . . . . . . . . . . . . . . . 294.6 Theoretische Teilchenphysik: Fortgeschrittene Methoden (M-WF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5 Modulbeschreibungen Pflichtbereich 375.1 Masterpraktikum (M-P) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375.2 Hauptseminar (M-S) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385.3 Forschungsphase (M-A) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

6 Beispielcurricula 41

Handbuch der Modulelemente – Masterstudiengang Physik

1 Struktur des StudiumsDer Masterstudiengang Physik ist modular aufgebaut und umfasst eine einjahrige Kursphase und eine einjahrige For-schungsphase. Der Arbeitsaufwand fur die einzelnen Module wird gemaß dem European Credit Transfer and Accumula-tion System (ECTS) durch Leistungspunkte (LP) quantifiziert. Der Gesamtaufwand fur das Studium betragt 120 LP.

Die Module verteilen sich auf die folgenden Bereiche

(a) Schwerpunktbereich (3 Module mit 24 LP)

(b) Wahlbereich (Module mit insgesamt 21 LP)

(c) Praktikum (1 Modul mit 9 LP)

(d) Hauptseminar (1 Modul mit 6 LP)

(e) Forschungsphase mit Masterarbeit (3 Module mit insgesamt 60 LP)

Die Belegung der Module in der Kursphase richtet sich nach dem Studienangebot und unterliegt keiner vorgegebenenReihenfolge. So finden die verschiedenen Fachkurse im jahrlichen Turnus entweder im Winter- oder im Sommersemesterstatt, aber sie konnen gleichermaßen als Schwerpunktfach oder als Erganzungsfach belegt werden. Die einzelnen Modul-beschreibungen geben zudem die jeweilige Veranstaltungssprache an, die jedoch nicht fest vorgeschrieben ist und aufWunsch der Studierenden von deutsch auf englisch (oder umgekehrt) geandert werden kann.

Die folgende Darstellung illustriert einen moglichen Studienverlauf:

1. Semester 2. Semester 3. Semester 4. Semester

FachkursSchwerpunktfach

4V/2U (9)

WahlbereichSchwerpunktfach

2V/2U (6)

PrufungSchwerpunktfach

(–)

FachkursErganzungsfach

4V/2U (9)

Wahlbereich

2V/2U (6)

Wahlbereich

2V/2U (6)

Wahlbereich

2V/2U (6)

Wahlbereich

1V/1U (3)

Masterpraktikum

4P (9)

Hauptseminar

2S (6)

Vorb.+Einarbeitungfur Masterarbeit

(15+15)

Masterarbeit

(30)

(30) (30) (30) (30)

In Kapitel 6 werden die Ausgestaltungsmoglichkeiten des Masterstudiengangs anhand verschiedener Beispielcurriculaillustriert.

1


2 Modulubersicht

2.1 FachkurseDie Fachkurse umfassen eine Vorlesung (4 SWS) mit begleitenden Ubungen (2 SWS) und werden mit 9 LP bewertet. Siewerden im jahrlichen Turnus angeboten und geben die Vertiefungsrichtungen zur fachlichen Schwerpunktbildung vor.

1. Experimentalphysik (M-E)

(a) Experimentelle Festkorperphysik (WS)

(b) Experimentelle Quantenoptik (SS)

(c) Experimentelle Teilchenphysik (SS)

2. Theoretische Physik (M-T)

(a) Quanteninformationstheorie / Grundlagenprobleme der Quantenmechanik (SS)

(b) Theoretische Teilchenphysik I (SS)

(c) Theoretische Teilchenphysik II (WS)

2.2 WahlbereichDie Module im Wahlbereich sind aus dem Lehrangebot des Departments Physik fur das Masterstudium zu wahlen. DerUmfang der Module im Wahlbereich ist nicht festgelegt und die Module werden gemaß dem zugeordneten Arbeitsaufwandmit 3, 6 oder 9 LCP bewertet. Thematisch erstrecken sich die Module im Wahlbereich uber sechs verschiedene Gebiete,aus denen jeweils mindestens eine Veranstaltung pro Jahr angeboten wird. Neben den nachfolgend aufgefuhrten Modulenwerden auch Fachkurse und weitere Wahlfacher des Departments Physik im Wahlbereich anerkannt. Auf Antrag kann derPrufungsausschuss auch Module aus anderen Departments der naturwissenschaftlich-technischen Fakultat zulassen.

A. Methoden der Experimentalphysik (M-WA)

(1) Statistische Methoden der Datenanalyse

(2) Elektronikpraktikum

(3) Detektorphysik

(4) Beschleunigerphysik II

B. Festkorperphysik (M-WB)

(1) Moderne Methoden der Rontgenphysik

(2) Festkorperphysik der Nanostrukturen

(3) Theorie der kondensierten Materie

C. Quantenoptik und Nano-Optik (M-WC)

(1) Laserspektroskopie

(2) Nano-Optik

(3) Experimentelle Methoden der Quanten- und Nano-Optik

(4) Quantentheorie des Lichts

(5) Mathematik der Quantenmechanik

(6) Quanteneffekte und Quantenparadoxa

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

(1) Astroteilchenphysik

(2) Kosmologie

(3) Physik am Pierre Auger Observatorium

(4) Physik am LHC

2


E. Theoretische Teilchenphysik (M-WE): Phanomenologie des Standardmodells

(1) Flavourphysik

(2) Hadronenphysik

(3) Colliderphysik

(4) Higgsphysik

F. Theoretische Teilchenphysik (M-WF): Fortgeschrittene Themen

(1) Erweiterungen des Standardmodells

(2) Effektive Feldtheorie und Renormierungsgruppe

(3) Berechnung von Schleifendiagrammen

(4) Spezielle Kapitel der Quantenfeldtheorie

2.3 PflichtbereichDer Pflichtbereich setzt sich aus dem Masterpraktikum (9 LP), dem Hauptseminar (6 LP) und der einjahrigen Forschungs-phase (Vorbereitsprojekt 15 LP, Einarbeitungsprojekt 15 LP, Masterarbeit 30 LP) zusammen.

3


2.4 Liste der Module

Kurzel Modulbezeichnung LP

M-E1 Experimentelle Festkorperphysik 9

M-E2 Experimentelle Quantenoptik 9

M-E3 Experimentelle Teilchenphysik 9

M-T1 Quanteninformationstheorie 9

M-T2 Grundlagenprobleme der Quantenmechanik 9

M-T3 Theoretische Teilchenphysik I 9

M-T4 Theoretische Teilchenphysik II 9

M-WA1 Statistische Methoden der Datenanalyse 9

M-WA2 Elektronikpraktikum 6

M-WA3 Detektorphysik 6

M-WA4 Beschleunigerphysik II 3

M-WB1 Moderne Methoden der Rontgenphysik 6

M-WB2 Festkorperphysik der Nanostrukturen 6

M-WB3 Theorie der kondensierten Materie 6

M-WC1 Laserspektroskopie 6

M-WC2 Nano-Optik 6

M-WC3 Experimentelle Methoden der Quanten- und Nano-Optik 6

M-WC4 Quantentheorie des Lichts 6

M-WC5 Mathematik der Quantenmechanik 3

M-WC6 Quanteneffekte und Quantenparadoxa 6

M-WD1 Astroteilchenphysik 6

M-WD2 Kosmologie 6

M-WD3 Physik am Pierre Auger Observatorium 6

M-WD4 Physik am LHC 6

M-WE1 Flavourphysik 6

M-WE2 Hadronenphysik 6

M-WE3 Colliderphysik 6

M-WE4 Higgsphysik 6

M-WF1 Erweiterungen des Standardmodells 6

M-WF2 Effektive Feldtheorie und Renormierungsgruppe 6

M-WF3 Berechnung von Schleifendiagrammen 6

M-WF4 Spezielle Kapitel der Quantenfeldtheorie 3

M-P Masterpraktikum 9

M-S Hauptseminar 6

M-AV Vorbereitungsprojekt 15

M-AE Einarbeitungsprojekt 15

M-A Masterarbeit 30

4


3 Modulbeschreibungen Fachkurse

3.1 Experimentalphysik (M-E)

Modulbezeichnung Experimentelle Festkorperphysik

ggf. Untertitel

Kurzel M-E1

LSF-Signatur 4PHY20011V, 4PHY20012V

Sprache Englisch

Turnus jedes WS

Moduldauer 1 Semester

Modulverantwortliche(r) Dozent(in) der experimentellen Festkorperphysik

Lehrform Vorlesung 4 SWS, Ubung 2 SWS

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

Leistungspunkte 9

Inhaltliche Voraussetzungen keine

Lernziele Die Studierenden werden anhand ausgewahlter Kapitel mit aktuellen Themender Festkorperphysik vertraut gemacht und es werden ihnen die notwendigenFachkenntnisse fur den nachfolgenden Einstieg in die Masterarbeit vermittelt.In den Ubungen lernen die Studierenden, festkorperphysikalische Problememathematisch zu formulieren und dafur Losungen zu finden. Die Diskussi-on der genannten Schritte mit Kommilitonen und Ubungsleitern fordert dasVerstandnis und entwickelt die Fahigkeit zur Kommunikation uber physikali-sche Sachverhalte.

Inhalt Elektronische Struktur der FestkorperDrudemodell, Sommerfeldmodell, Bandermodell, Kronig-Penney-ModellBandstrukturen ausgewahlter MetalleOptische Eigenschaften von Leitern, PlasmonenBloch Funktionen, BlochoszillationenWeak and Tight-Binding MethodenBewegung von Elektronen im Festkorper, effektive MasseTransportphanomene, Boltzmann-Gleichung, elektrische Leitfahigkeit vonMetallen, HalbleiterWiedemann-Franz Gesetz, Seebeck und Peltier-EffektHalbleiter, Dotierung, thermische und elektrische EigenschaftenP-N-Ubergang, Transportgleichungen und ProzesseElektronen im Magnetfeld, Landau Niveaus, De Haas - van Alphen EffektQuanten-Hall-EffektQuantenmechanik der Austauschwechselwirkung, Arten des Magnetismus,Spin-Bahn-KopplungBandmagnetismus, Stonermodell, Messung magnetischer StrukturenDzyaloshinskii–Moriya Wechselwirkung, SkyrmionenUltraschnelle MagnetisierungsdynamikGinzburg-Landau-Theorie der PhasenubergangeKritische Phanomene, kritische Exponenten, Phasendiagramme, SpinodaleStruktur und Dynamik weicher Materie

Studienleistung Schriftliche oder mundliche Prufung

Voraussetzung fur die Vergabevon Leistungspunkten

Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls

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

Literatur Chaikin, Lubensky: Principles of condensed matter physicsAshcroft, Mermin: FestkorperphysikDresselhaus: Solid state propertiesGross und Marx: Festkorperphysik

5


Modulbezeichnung Experimentelle Quantenoptik

ggf. Untertitel

Kurzel M-E2


Sprache Englisch

Turnus jedes SS


Modulverantwortliche(r) Dozent(in) der experimentellen Quantenoptik



Leistungspunkte 9


Lernziele Die Studierenden lernen ausgewahlte grundlegende Experimente und theore-tische Konzepte der modernen Quantenoptik kennen und es werden ihnen dienotwendigen Fachkenntnisse fur den nachfolgenden Einstieg in die Master-arbeit vermittelt. In den Ubungen lernen die Studierenden, physikalische Pro-bleme zu erkennen, diese in Bezug zum Vorlesungsstoff zu setzen, mathema-tisch zu formulieren und Losungen zu finden. Die Diskussion der genanntenSchritte mit Kommilitonen und Ubungsleitern fordert das Verstandnis und ent-wickelt die Fahigkeit zur Kommunikation uber physikalische Sachverhalte.

Inhalt Quantisierung des elektromagnetischen FeldesKoharente Zustande, Gequetschte ZustandeKorrelationsfunktionenInterferometerSemiklassische / Quantisierte Materie-Licht-Wechselwirkung, Dressed StatesDekoharenzResonator-QuantenelektrodynamikGespeicherte Atome, Ionen, MolekuleLaserkuhlungBose-Einstein-KondensationVerschrankungGrundzuge der Quanten-InformationsverarbeitungGrundzuge der Quantenmetrologie und Sensorik



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls M-WC1, M-WC2, M-WC3, M-WC4


Literatur Bachor: A Guide to Experiments in Quantum OpticsFox: Quantum OpticsGerry, Knight: Introductory Quantum OpticsGrynberg, Aspect, Fabre: Introduction to Quantum OpticsHaroche, Raimond: Exploring the QuantumSchleich: Quantum Optics in Phase

6


Modulbezeichnung Experimentelle Teilchenphysik

ggf. Untertitel

Kurzel M-E3


Sprache Deutsch

Turnus jedes SS


Modulverantwortliche(r) Dozent(in) der experimentellen Teilchenphysik



Leistungspunkte 9


Lernziele Die Studierenden werden anhand ausgewahlter Themen an die vorderste Frontder Forschung herangefuhrt. Es werden dazu die notwendigen Fachkenntnissevermittelt, so dass die Studierenden in die Vorbereitungsphase der Masterarbeiteinsteigen konnen. In den Ubungen lernen die Studierenden, physikalische Pro-bleme zu erkennen, diese in Bezug zum Vorlesungsstoff zu setzen, mathema-tisch zu formulieren und Losungen zu finden. Die Diskussion der genanntenSchritte mit Kommilitonen und Ubungsleitern fordert das Verstandnis und ent-wickelt die Fahigkeit zur Kommunikation uber physikalische Sachverhalte.

Inhalt Standardmodell der TeilchenphysikBerechnung von WirkungsquerschnittenQuark-Parton Modell, StrukturfunktionenPhysik schwerer QuarksSchlusselexperimente zum StandardmodellPhysik jenseits des Standardmodells



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls M-WA3, M-WD1, M-WD2, M-WD3, M-WD4, M-WE1


Literatur Berger: ElementarteilchenphysikGriffiths: Introduction to Elementary Particles

7


3.2 Theoretische Physik (M-T)

Modulbezeichnung Quanteninformationstheorie

ggf. Untertitel

Kurzel M-T1


Sprache Englisch

Turnus SS (jahrlich im Wechsel mit M-T2)


Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. O. Guhne



Leistungspunkte 9


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


Medienformen Vorlesung mit Tafelanschrieb, Ubungen mit Aufgaben zum Selbststudium.

Literatur Nielsen, Chuang: Quantum Information TheoryBarnett: Quantum InformationOriginalliteratur

8


Modulbezeichnung Grundlagenprobleme der Quantenmechanik

ggf. Untertitel

Kurzel M-T2


Sprache Englisch

Turnus SS (jahrlich im Wechsel mit M-T1)





Leistungspunkte 9


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



Bestandene Prufung



Literatur Peres: Quantum TheoryOriginalliteratur

9


Modulbezeichnung Theoretische Teilchenphysik I

ggf. Untertitel Quantenfeldtheorie und Grundlagen des Standardmodells

Kurzel M-T3


Sprache Englisch

Turnus jedes SS


Modulverantwortliche(r) Dozent(in) der theoretischen Teilchenphysik



Leistungspunkte 9


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


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

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Modulbezeichnung Theoretische Teilchenphysik II

ggf. Untertitel Fortgeschrittene Quantenfeldtheorie und Strahlungskorrekturen im Standard-modell

Kurzel M-T4


Sprache Englisch

Turnus jedes WS


Modulverantwortliche(r) Dozent(in) der theoretischen Teilchenphysik



Leistungspunkte 9

Inhaltliche Voraussetzungen M-T3

Lernziele Die Studierenden verstehen die theoretischen Konzepte, die insbesondere beider Quantisierung von Eichtheorien zum Tragen kommen. Dazu gehoren dieHerleitung von Korrelationsfunktionen in der Quantenfeldtheorie im Pfad-integralformalismus und die damit verbundenen Symmetriebetrachtungen.Die Studierenden konnen die Renormierung von Feldern und zusammen-gesetzten Operatoren im Rahmen des Standardmodells nachvollziehen undbeherrschen die dazu notwendigen Berechnungsmethoden von Schleifen-integralen. Die Studierenden konnen die erlernten Methoden fur theoretischePrazisionsvorhersagen von elementaren Observablen in der Teilchenphysik an-wenden.

Inhalt Pfadintegralformalismus, effektive WirkungSymmetrien und Ward-Takahashi–IdentitatenQuantisierung von nicht-abelschen EichtheorienFadeev-Popov–Geister und BRST-SymmetrieSchleifenintegrale und RenormierungOperatorproduktentwicklungHadronische Strukturfunktionen und PartonverteilungsfunktionenAnwendung auf elementare Standardmodell-Prozesse am LHC



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls M-WE2, M-WE3, M-WF1, M-WF2, M-WF3, M-WF4


Literatur Peskin, Schroeder: Introduction to Quantum Field TheorySchwartz: Quantum Field Theory and the Standard ModelWeinberg: Quantum Field Theory IICollins: RenormalizationDonoghue, Golowich, Holstein: Dynamics of the Standard ModelEllis, Stirling, Webber: QCD and Collider Physics

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4 Modulbeschreibungen Wahlbereich

4.1 Methoden der Experimentalphysik (M-WA)

Modulbezeichnung Statistische Methoden der Datenanalyse

ggf. Untertitel

Kurzel M-WA1


Sprache Deutsch

Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung aus Wahlbereich M-WA


Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. P. Buchholz



Leistungspunkte 9


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



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

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Modulbezeichnung Elektronikpraktikum

ggf. Untertitel

Kurzel M-WA2


Sprache Deutsch



Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. P. Buchholz



Leistungspunkte 6


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

13


Modulbezeichnung Detektorphysik

ggf. Untertitel

Kurzel M-WA3


Sprache Englisch

Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung aus Wahlbereich B-WA


Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. I. Fleck



Leistungspunkte 6


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



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

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Modulbezeichnung Beschleunigerphysik II

ggf. Untertitel Supraleitende HF Systeme

Kurzel M-WA4


Sprache Deutsch



Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. J. Knobloch

Lehrform Vorlesung 1 SWS, Praktikum 1 SWS (Blockveranstaltung)


Leistungspunkte 3


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

15


4.2 Festkorperphysik (M-WB)

Modulbezeichnung Moderne Methoden der Rontgenphysik

ggf. Untertitel

Kurzel M-WB1


Sprache Englisch

Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung aus Wahlbereich M-WB


Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. C. Gutt



Leistungspunkte 6


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

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Modulbezeichnung Festkorperphysik der Nanostrukturen

ggf. Untertitel

Kurzel M-WB2


Sprache Englisch



Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. C. Busse



Leistungspunkte 6


Lernziele Die Studierenden lernen Konzepte, Methoden und Phanomene der Fest-korperphysik der Nanostrukturen kennen. Diese werden auch anhand vonneuesten Beispielen aus der aktuellen Literatur erlautert. Die Studierenden ler-nen, wie die Reduzierung der Dimensionalitat die Eigenschaften der Festkorpermodifiziert. Sie werden in die Lage versetzt, Großenabschatzungen der zuerwartenden Effekte vorzunehmen und neue Phanomene auch mit Blick aufmogliche Anwendungen zu bewerten. Weiterhin lernen die Studierenden, wis-senschaftliche Literatur zu lesen und kritisch zu bewerten. In den Ubungenlernen die Studierenden, physikalische Probleme aus der Nanowelt mathema-tisch zu formulieren und zu losen. Die Diskussion der genannten Schritte mitKommilitonen und Ubungsleitern fordert das Verstandnis und entwickelt dieFahigkeit zur Kommunikation uber physikalische Sachverhalte.

Inhalt Elektronische Struktur und Zustandsdichte in 3D, 2D, 1D und 0DGenerelle Losung der Schrodingergleichung im PotenzialtopfQuantenzustande in 1D und 0D NanostrukturenOberflachenkristallographieChemisorption und Physisorption, heterogene Katalyse2D-Materialien (Graphen, hexagonales Bornitrid, Ubergansmetalle derDichalkogenide)Dirac-artige BandstrukturenGeometrische Struktur und Bandstruktur von Halbleiter-NanostrukturenEinfluss von Verunreinigungen und Gitterverzerrungen auf die Bandstrukturvon Halbleiter-NanostrukturenExzitonen und LadungstragerrekombinationMethoden zur Herstellung von Nanostrukturen, dunnen Schichten und zwei-dimensionalen MaterialienRontgenographische Bestimmung der GitterstrukturHochauflosende Mikroskopische Methoden (STM, AFM, SEM, TEM)

Studienleistung Mundliche Prufung


Bestandene Prufung



Literatur Oura et al.: Surface Science - An IntroductionHarrison: Quantum Wells, Wires and DotsGrundman: The Physics of SemiconductorsBimberg: Semiconductor Nanostructures

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Modulbezeichnung Theorie der kondensierten Materie

ggf. Untertitel

Kurzel M-WB3


Sprache Englisch



Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. W. Kilian



Leistungspunkte 6


Lernziele Die Studierenden werden mit den theoretischen Grundlagen und elementarenModellen der Theorie der kondensierten Materie vertraut gemacht und lernen,wesentliche Konzepte und Zusammenhange in der modernen Quantenfeld-theorie zu erfassen.

Inhalt Quantenfeldtheorie fur VielteilchensystemePfad- und Feldintegral fur Bosonen und FermionenMatsubara-FormalismusStorungsrechnungElektronenstruktur im FestkorperSupraleitung



Bestandene Prufung



Literatur Altland, Simmons: Condensed Matter Field TheoryMahan: Many-Particle PhysicsZinn-Justin: Quantum Field Theory and Critical Phenomena

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4.3 Quantenoptik und Nano-Optik (M-WC)

Modulbezeichnung Laserspektroskopie

ggf. Untertitel

Kurzel M-WC1


Sprache Englisch

Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung aus Wahlbereich M-WC


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

19


Modulbezeichnung Nano-Optik

ggf. Untertitel

Kurzel M-WC2


Sprache Englisch



Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. M. Agio



Leistungspunkte 6


Lernziele Vertieftes Kennenlernen der grundlegenden Phanomene der Nano-Optik, dieteilweise anhand von Vorfuhrexperimenten erlautert werden. In den Ubungenwird trainiert, physikalische Probleme zu erkennen, diese in Bezug zum Vor-lesungsstoff zu setzen, mathematisch zu formulieren und Losungen zu finden.Die Diskussion der genannten Schritte mit Kommilitonen und Ubungsleiternfordert das Verstandnis und entwickelt die Fahigkeit zur Kommunikation uberphysikalische Sachverhalte.

Inhalt Theoretische GrundlagenAusbreitung und Fokussierung von optischen FeldernAuflosung und LokalisierungNanoskalige optische MikroskopieOptische Wechselwirkungen und QuantenemitterEinzelmolekulspektroskopiePhotonische KristalleOberflachenplasmon-PolaritonenOptische AntennenOptische Krafte



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls M-E2, M-WC1, M-WC3, M-WC4


Literatur Novotny, Hecht: Principles of Nano-OpticsAgio: Molecular Scattering and Fluorescence in Strongly Confined OpticalFieldsLakowicz: Principles of Fluorescence Spectroscopy

20


Modulbezeichnung Experimentelle Methoden der Quanten- und Nano-Optik

ggf. Untertitel

Kurzel M-WC3


Sprache Englisch



Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. M. Agio, Prof. Dr. C. Wunderlich



Leistungspunkte 6


Lernziele Die Studierenden lernen einige grundlegende experimentelle Techniken ken-nen, die fur moderne Experimente der Quanten- und Nanooptik wichtig sind.Der Einblick in dieses Repertoires an Techniken erleichtert den Studierendenden Einstieg in das eigenstandige Experimentieren im Rahmen einer Master-arbeit. In den Ubungen, auch im Labor, lernen die Studierenden praxisnah denUmgang mit modernen Instrumenten.

Inhalt Ortsaufgeloste EinzelphotonendetektionZeitkorrelierte EinzelphotonendetektionKonfokale MikroskopieLock-In VerstarkerAkusto- und elektrooptische Modulation von LaserlichtDiodenlaser, LasersystemeMethoden der LaserstabilisierungErzeugung maßgeschneiderter RadiofrequenzimpulseVakuumtechnologiePrazise Bewegung und Positionierung



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls M-E2, M-WC1, M-WC2, M-WC4

Medienformen Vorlesung mit Tafelanschrieb, elektronische Medien, Ubungen mit Aufga-ben zum Selbststudium, Ubungen im Labor, Ubungen zur Einfuhrung in dieLabView-Programmierung.

Literatur Demtroder: Laser SpectroscopyLakowicz: Principles of fluorescence spectroscopyMigdall, Fan, Bienfang: Single-Photon Generation and Detection

21


Modulbezeichnung Quantentheorie des Lichts

ggf. Untertitel

Kurzel M-WC4


Sprache Englisch






Leistungspunkte 6


Lernziele Verstandnis der theoretischen Konzepte der Quantenoptik, insbesondere dieBeschreibung von Quantensystemen im Phasenraum. Weiterhin sollen die Stu-dierenden lernen, die theoretischen Konzepte auf moderne Experimente an-wenden zu konnen.

Inhalt Quantisierung des elektromagnetischen FeldesWignerfunktion, Gaußsche ZustandeTheorie des LasersOptische KomponentenWechselwirkung von Licht mit MaterieOptomechanik



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls M-T1


Literatur Schleich: Quantum Optics in Phase SpaceLoudon: The Quantum Theory of Light

22


Modulbezeichnung Mathematik der Quantenmechanik

ggf. Untertitel

Kurzel M-WC5


Sprache Englisch




Lehrform Vorlesung 1 SWS, Ubung 1 SWS (Blockveranstaltung)


Leistungspunkte 3


Lernziele Verstandnis der mathematischen Struktur der Quantenmechanik, insbesondereder modernen Formulierung von Quantenkanalen und Messungen.

Inhalt Theorie der Hilbertraume und SpektraldarstellungZustande und EffekteObservable und gemeinsame MessbarkeitVollstandig positive Abbildungen und KanaleVerallgemeinerte Messungen (POVMs) und InstrumenteTensorprodukte



Bestandene Prufung



Literatur Heinosaari, Ziman: The Mathematical Language of Quantum TheoryBusch, Lahti, Pellonpaa, Ylinen: Quantum Measurement

23


Modulbezeichnung Quanteneffekte und Quantenparadoxa

ggf. Untertitel

Kurzel M-WC6


Sprache Englisch






Leistungspunkte 6


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



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

24


4.4 Experimentelle Teilchen- und Astroteilchenphysik (M-WD)

Modulbezeichnung Astroteilchenphysik

ggf. Untertitel

Kurzel M-WD1


Sprache Deutsch

Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung aus Wahlbereich M-WD


Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. M. Risse



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

25


Modulbezeichnung Kosmologie

ggf. Untertitel

Kurzel M-WD2


Sprache Deutsch

Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung aus M-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

26


Modulbezeichnung Physik am Pierre Auger Observatorium

ggf. Untertitel

Kurzel M-WD3


Sprache Deutsch






Leistungspunkte 6


Lernziele Das internationale Pierre-Auger-Observatorium ist das weltweit großte Expe-riment zur Messung der kosmischen Strahlung bei hochsten Energien. Von denphysikalischen Grundlagen, uber das Messprinzip und Datenanalyse, bis hin zuaktuellen Resultaten und offenen Fragen lernen die Studierenden wesentlicheAspekte dieses aktuellen Forschungszweiges aus erster Hand kennen.

Inhalt LuftschauerAuger-DetektorenKosmische StrahlungEnergiespektrumMassenzusammensetzungAnisotropienSuche nach ultrahochenergetischen Photonen und NeutrinosSuche nach Verletzung der LorentzinvarianzHadronische Wechselwirkungen bei hochsten Energien



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls M-E3


Literatur Grupen: AstroteilchenphysikKlapdor-Kleingrothaus, Zuber: Teilchenastrophysik

27


Modulbezeichnung Physik am LHC

ggf. Untertitel

Kurzel M-WD4


Sprache Englisch






Leistungspunkte 6


Lernziele Die Studierenden lernen die Prozesse in Proton-Proton-Kollisionen kennen. Siewerden an die aktuellen Ergebnisse des LHC herangefuhrt und somit auf dieForschungsarbeit in der experimentellen Teilchenphysik vorbereitet. Die Stu-dierenden konnen Jetalgorithmen verstehen und anwenden. Die Schnittstellenzwischen theoretischer und experimenteller Teilchenphysik werden verdeut-licht.

Inhalt Harter StreuprozessHadronisierungJetalgorithmenStrukturfunktionenEichbosonenerzeugungPhysik des Top-QuarksPhysik des Higgs-Bosons



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls M-WE3


Literatur Thomson: Modern Particle PhysicsBerger: Elementarteilchenphysik

28


4.5 Theoretische Teilchenphysik: Phanomenologie des Standardmodells (M-WE)

Modulbezeichnung Flavourphysik

ggf. Untertitel Flavourphysik in Experiment und Theorie

Kurzel M-WE1


Sprache Englisch

Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung aus Wahlbereich M-WE


Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. T. Mannel, Prof. Dr. B Spaan (TU Dortmund)



Leistungspunkte 6


Lernziele Ziel der Vorlesung ist den Studierenden einen Uberblick uber die modernenMethoden der Flavourphysik zu vermitteln. Auf der theoretichen Seite sollendie Grundlagen des Standardmodells fur die Flavourphysik erlernt werden, aufder experimentellen Seite werden die grundlegenden Techniken der aktuellenund geplanten Experimente der Flavourphysik erlernt.

Inhalt Einfuhrung in die FlavourphysikFlavour im StandardmodellCKM MatrixMessungen von CKM MatrixelementenPhysik des Top-QuarksVerletzung der CP SymmetrieEffektive Wechselwirkung fur schwache ZerfalleSeltene Zerfalle in Experiment und TheorieFlavourphysik von Leptonen

Das Modul ist als integrierter Kurs zwischen Experiment und Theorie konzi-piert, die theoretischen Vorlesungen werden von einem Siegener Theoretiker,die experimentellen von einem Dortmunder Experimentalphysiker gelesen.



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls M-WE2, M-WF1, M-WF2

Medienformen Vorlesung mit Tafelanschrieb und Beamerprasentation, Ubungen mit Aufgabenzum Selbststudium.

Literatur Bevan et al: The Physics of the B Factories, Eur. Phys. J. C74 (2014) 3026

29


Modulbezeichnung Hadronenphysik

ggf. Untertitel Hadronen in Quantenchromodynamik

Kurzel M-WE2


Sprache Englisch



Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. T. Feldmann



Leistungspunkte 6

Inhaltliche Voraussetzungen M-T3, M-T4

Lernziele Die Studierenden sind mit dem Aufbau von Mesonen und Baryonen im Quark-modell, der Nomenklatur und den relevanten Quantenzahlen vertraut. Die Stu-dierenden konnen hadronische Zerfalle und Streuprozesse im Partonbild be-schreiben und auf die relevanten hadronischen Großen reduzieren. Die Studie-renden kennen die approximativen Symmetrien und die daraus resultierendentheoretischen Methoden, um elementare hadronische Observable quantitativabzuschatzen.

Inhalt Quarkstruktur und Spektroskopie von HadronenIsospin, Hyperladung, SU(3) FlavoursymmetrieSymmetrien von Hadronen mit schweren QuarksPhanomenologie von hadronischen Zerfallen und StreuprozessenHadronische StrukturfunktionenZerfallskonstanten und FormfaktorenChirale StorungstheorieEffektive Theorie schwerer QuarksOperatorproduktentwicklung, Quark- und GluonkondensateAnalytizitat, Unitaritat und DispersionsrelationenQCD-Summenregeln und Lichtkegelsummenregeln



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls MWE-1, MWE-3, MWF-2


Literatur Nachtmann: ElementarteilchenphysikHalzen, Martin: Dynamics of the Standard ModelDonoghue, Golowich, Goldstein: Dynamics of the Standard Model

30


Modulbezeichnung Colliderphysik

ggf. Untertitel

Kurzel M-WE3


Sprache Englisch



Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. G. Bell



Leistungspunkte 6


Lernziele Den Studierenden werden die Grundlagen der theoretischen Colliderphysikvermittelt, insbesondere verstehen Sie wie Ultraviolett- und Infrarotdivergen-zen in der Storungsentwicklung der Quantenchromodynamik zu interpretierensind. Daruber hinaus lernen sie grundliegende Konzepte der Jetphysik kennenund sie bekommen einen Einblick in die wichtigsten Streuprozesse des LHC.

Inhalt Grundlagen der Quantenchromodynamik, Renormierunge+e− Streuung, InfrarotsingularitatenJet-Algorithmen, Event-shape VariablenOperatorproduktentwicklungTiefinelastische Streuung, Parton ModellPartonverteilungsfunktionen, DGLAP GleichungenProton-Proton Streuung, Drell-Yan ProduktionSoft-Collinear Effective Theory



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls M-WD4, M-WE4, M-WF2, M-WF3


Literatur Peskin, Schroder: Introduction to Quantum Field TheorySchwartz: Quantum Field Theory and the Standard ModelEllis, Stirling, Webber: QCD and collider physicsDissertori, Knowles, Schmelling: QCDBecher, Broggio, Ferroglia: Introduction to Soft-Collinear Effective Theory

31


Modulbezeichnung Higgsphysik

ggf. Untertitel

Kurzel M-WE4


Sprache Englisch



Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. W. Kilian



Leistungspunkte 6


Lernziele Die Studierenden werden mit phanomenologischen Apekten und theoretischenKonzepten der Higgsphysik vertraut gemacht. Sie lernen, Motivation undmogliche Szenarien fur neue Phanomene im Kontext des aktuellen Wissens-stands der Teilchenphysik einzuschatzen.

Inhalt Spontane Symmetriebrechung in der QuantenfeldtheorieHiggs-Mechanismus im Standardmodell der TeilchenphysikZerfalle des Higgs-BosonsProduktion des Higgs-Bosons an e+e− und pp-CollidernStrahlungskorrekturen zu Higgs-ProzessenAnomale Higgs-Kopplungen und effektive TheorieErweiterte Higgs-Modelle



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls M-WE3, M-WF1, M-WF2


Literatur Gunion, Dawson, Haber, Kane: The Higgs Hunter’s GuideLHC Higgs Cross Section WG: Handbook of LHC Higgs Cross Sections

32


4.6 Theoretische Teilchenphysik: Fortgeschrittene Methoden (M-WF)

Modulbezeichnung Erweiterungen des Standardmodells

ggf. Untertitel

Kurzel M-WF1


Sprache Englisch

Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung aus Wahlbereich M-WF


Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. T. Feldmann



Leistungspunkte 6


Lernziele Die Studierenden sind mit den Unzulanglichkeiten des Standardmodells derTeilchenphysik vertraut, welche die Suche nach “neuer Physik” an aktuellenBeschleunigerexperimenten motivieren. Die Studierenden kennen die theore-tischen Konzepte, die zur Konstruktion von Modellen jenseits des Standard-modells benutzt werden und wissen, mit Hilfe welcher Observablen solcheAnsatze bestatigt oder ausgeschlossen werden konnen.

Inhalt Offene Fragen im StandardmodellSupersymmetrie und Poincare-GruppeKonstruktion und Phanomenologie des MSSMTheorien mit vereinheitlichter Eichgruppe: SU(5), SO(10), Pati-SalamLittle-Higgs–Modelle und CompositenessModelle mit extra Raumzeit-Dimensionen



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls MWE-1, MWE-4


Literatur Weinberg: QFT IIIKane: Perspectives on SUSYMartin: hep-ph/9709356Georgi: Lie Algebras in Particle PhysicsSlansky: Phys.Rept. 79, 1Perelstein: hep-ph/0512128Schmaltz,Tucker-Smith: hep-ph/0502182

33


Modulbezeichnung Effektive Feldtheorie und Renormierungsgruppe

ggf. Untertitel

Kurzel M-WF2


Sprache Englisch



Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. T. Mannel



Leistungspunkte 6


Lernziele Die Studierenden lernen die Grundlagen der effektiven Feldtheorien zu beherr-schen und auf Beispiele anzuwenden. Konkrete Lernziele der Vorlesung sinddeshalb ein vertieftes Verstandnis der Renormierung in der Quantenfeldtheorieund die sichere Anwendung von Renormierungsgruppenmethoden in verschie-den Bereichen.

Inhalt Erzeugende Funktionale und FunktionalintegraleEffektive Wirkung und effektive LagrangedichtenRenormierungsgruppe, gleitende KopplungskonstantenDimensionale Regularisierung und Methode der RegionenSummation von großen Logarithmen in der StorungstheorieFermitheorie der schwachen WechselwirkungChirale StorungstheorieEffektive Theorie schwerer Quarks und Heavy Quark ExpansionSoft-Collinear Effective Theory



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls M-WE1, M-WE3, M-WF1, M-WF3

Medienformen Vorlesung mit Tafelanschrieb, Ubungen mit Aufgaben zum angeleiteten Selbst-studium.

Literatur Petrov: Effective Field Theories

34


Modulbezeichnung Berechnung von Schleifendiagrammen

ggf. Untertitel

Kurzel M-WF3


Sprache Englisch



Modulverantwortliche(r) PD Dr. T. Huber



Leistungspunkte 6


Lernziele Die Berechnung von Strahlungskorrekturen in der Quantenfeldtheorie erfordertdie Berechnung sog. Schleifenintegrale. Basierend auf der Methode der dimen-sionalen Regularisierung lernen die Studierenden analytische und numerischeMethoden zur Berechnung solcher Integrale kennen, und verstehen den Zusam-menhang mit Streu- und Zerfallsprozessen an Beschleunigern. In den Ubungenvertiefen die Studierenden den Vorlesungsstoff und machen sich mit vorhande-nen Rechenpaketen zur Berechnung von Schleifendiagrammen am Computervertraut.

Inhalt Eigenschaften von Schleifenintegralen in Dimensionaler RegularisierungFeynman und Schwinger ParameterMethode der SektorzerlegungMellin-Barnes DarstellungenIntegration-by-parts Methoden, Reduktion auf MasterintegraleMethode der DifferentialgleichungenAsymptotische Entwicklungen



Bestandene Prufung

Verwendbarkeit des Moduls M-WE3, M-WE4, M-WF2

Medienformen Vorlesung mit Tafelanschrieb und Prasentationen am PC, Ubungen mit Aufga-ben zum Selbststudium.

Literatur Smirnov: Analytic Tools for Feynman Integrals

35


Modulbezeichnung Spezielle Kapitel der Quantenfeldtheorie

ggf. Untertitel

Kurzel M-WF4


Sprache Englisch



Modulverantwortliche(r) Prof. Dr. T. Mannel

Lehrform Vorlesung 1 SWS, Ubung 1 SWS (Blockveranstaltung)


Leistungspunkte 3


Lernziele Aufbauend auf Grundkenntnissen in der Quantenfeldtheorie sollen die Studie-renden einige spezielle Eigenschaften von Quantenfeldtheorien kennenlernen,die in verschiedenen Bereichen der Physik relevant sind. Lernziel ist ein siche-rer und kritischer Umgang mit fortgeschrittenen Methoden der Quantenfeld-theorie.

Inhalt Fortgeschrittene Funktionalintegralmethoden in der TeilchenphysikDarstellung von Symmetrien in der QuantenfeldtheorieSpontane Symmetriebrechung und Higgs MechanismusAnomale SymmetrienMathematische Grundlagen von EichtheorienQuantisierung von EichtheorienNichtstorungstheoretische Aspekte der QuantenfeldtheorieInfrarotprobleme in der Quantenfeldtheorie



Bestandene Prufung



Literatur Weinberg: The Quantum Theory of Fields, Vol. 1,2.

36


5 Modulbeschreibungen Pflichtbereich

5.1 Masterpraktikum (M-P)

Modulbezeichnung Masterpraktikum

ggf. Untertitel

Kurzel M-P

LSF-Signatur 4PHY20054V

Sprache Deutsch / Englisch

Turnus jedes WS



Lehrform Praktikum 4 SWS


Leistungspunkte 9


Lernziele Die Studierenden vertiefen anhand von selbst durchgefuhrten Experimentenihre praktischen Fertigkeiten und werden an das eigenstandige wissenschaftli-che Arbeiten herangefuhrt. Durch die quantitative Auswertung der Experimen-te lernen die Studierenden den Umgang mit Analyseprogrammen und vertiefenihre Kenntnisse der Fehlerrechnung. Eine kritische Bewertung von Aufbau undDurchfuhrung des Versuchs sowie der Resultate ist Teil des Protokolls.

Inhalt Eine Auswahl von Versuchen zu folgenden Themen:Lebensdauer π-µ-Kβ-SpektroskopieKernlebensdauerDynamische LichtstreuungFabry-Perot-InterferometerRontgen-FluoreszenzanalyseRontgenreflektometrieLaue DiffraktionDopplerfreie LaserspektroskopieDebye-ScherrerCharakteristika unterschiedlicher physikalischer Systeme und MethodenUbergreifende Fragestellungen der Experimentalphysik

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


Medienformen Anleitung zum selbstandigen Experimentieren, elektronische Medien.

Literatur Bergmann, Schaefer: ExperimentalphysikDemtroder: ExperimentalphysikKittel: FestkorperphysikAls-Nielsen, McMorrow: Elements of Modern X-ray Physics

37


5.2 Hauptseminar (M-S)

Modulbezeichnung Hauptseminar

ggf. Untertitel

Kurzel M-S

LSF-Signatur 4PHY20203V


Turnus jahrlich mind. eine Veranstaltung


Modulverantwortliche(r) Dozent(in) der Physik

Lehrform Seminar 2 SWS


Leistungspunkte 6


Lernziele Die Studierenden lernen, wie man unter Verwendung von Fachliteratur einenSeminarvortrag uber ein ausgewahltes Thema vorbereitet und unter Anwen-dung fortgeschrittener Prasentationstechniken halt.

Inhalt Fragestellungen aus den Forschungsgebieten des Departments:Festkorperphysik und RontgenoptikExperimentelle Quantenoptik und Nano-OptikExperimentelle Teilchen- und AstroteilchenphysikTheoretische QuantenoptikTheoretische Teilchenphysik

Studienleistung Vortrag


Mindestens mit der Note “ausreichend” bewerteter Vortrag


Medienformen Vortrag, elektronische Medien

Literatur Wird in der Veranstaltung bekannt gegeben.

38


5.3 Forschungsphase (M-A)

Modulbezeichnung Vorbereitungsprojekt

ggf. Untertitel

Kurzel M-AV

LSF-Signatur


Moduldauer 1/2 Semester


Lehrform Ganztagig betreute Forschungsarbeit

Arbeitsaufwand 450 h

Leistungspunkte 15


Lernziele Im Vorbereitungsprojekt werden vorbereitende Aufgabenstellungen bearbeitet.Damit sollen die Studierenden zeigen, daß sie sich die speziellen fachlichenKenntnisse und Methoden soweit angeeignet haben, daß sie sie zur Bearbei-tung von Fragestellungen aus dem Gebiet, dem das Thema der Masterarbeitentstammen soll, erfolgreich anwenden konnen.

Inhalt Themenstellung je nach Ausrichtung der Arbeit

Studien- /Prufungsleistungen Mundlicher Nachweis der Vorbereitung

Medienformen Angeleitetes Selbststudium

Literatur Abhangig vom gewahlten Themengebiet

Modulbezeichnung Einarbeitungsprojekt

ggf. Untertitel

Kurzel M-AE

LSF-Signatur


Moduldauer 1/2 Semester


Lehrform Ganztagig betreute Einarbeitung


Leistungspunkte 15

Inhaltliche Voraussetzungen M-AV

Lernziele Das Einarbeitungsprojekt dient dem vertieften Studium und dem Erwerb derKenntniss der wissenschaftlichen Literatur und des aktuellen Standes desSpezialgebietes, dem das Thema der Masterarbeit entstammen soll. Spezielleexperimentelle Meßverfahren und Auswertemethoden oder theoretische Mo-delle und Berechnungsverfahren sollen erarbeitet und an einfachen Beispielennachvollzogen werden.


Studien- /Prufungsleistungen Mundlicher Nachweis der Einarbeitung

Medienformen Angeleitetes Selbststudium


39


Modulbezeichnung Masterarbeit

ggf. Untertitel

Kurzel M-A




Lehrform Ganztagig betreute Forschungsarbeit


Leistungspunkte 30

Inhaltliche Voraussetzungen M-AV, M-AE

Lernziele Die Studierenden fuhren unter Anleitung eine wissenschafliche Arbeit ander vordersten Front der Forschung durch. Dabei erlernen sie Techniken zurDurchfuhrung dieser Forschung. Die Anfertigung der Abschlußarbeit schultdie Fertigkeit, die eigenen Forschungsarbeiten fur andere verstandlich aufzuar-beiten.


Studien- /Prufungsleistungen Benotete schriftliche Arbeit

Medienformen Angeleitete Forschungsarbeit


40


6 BeispielcurriculaDie Wahlmoglichkeiten im Wahlpflicht- und im Wahlbereich des Masterstudiengangs ermoglichen eine individuelleSchwerpunktsetzung in den Forschungsgebieten des Departments Physik. Bei der Ausgestaltung eines individuellenStudienplans gilt es zu beachten, dass im Wahlpflichtbereich und Wahlbereich zusammengenommen Module im Um-fang von wenigstens 9 LP aus den Fachgebieten der Experimentalphysik und von wenigstens 9 LP aus den Fachgebietender theoretischen Physik belegt werden mussen. Im Anschluss sind exemplarisch einige Beispielcurricula aufgefuhrt.

Schwerpunkt Experimentelle Quantenoptik und Quanteninformationsverarbeitung


WahlbereichLaserspektroskopie

2V/2U (6)

FachkursExp. Quantenoptik

4V/2U (9)

PrufungExp. Quantenoptik

(–)

FachkursQuanteninformationstheorie

4V/2U (9)

WahlbereichExp. Methoden der QO/NO

2V/2U (6)

WahlbereichNano-Optik

2V/2U (6)

WahlbereichDatenanalyse

3V/3U (9)

Masterpraktikum

4P (9)

HauptseminarQuantenoptik

2S (6)


(15+15)

MasterarbeitExp. Quantenoptik

(30)

(30) (30) (30) (30)

Schwerpunkt Experimentelle Teilchen- und Astroteilchenphysik


FachkursExp. Teilchenphysik

4V/2U (9)

WahlbereichDetektorphysik

2V/2U (6)

PrufungExp. Teilchenphysik

(–)

FachkursTheo. Teilchenphysik I

4V/2U (9)

WahlbereichPhysik am LHC

2V/2U (6)

WahlbereichDatenanalyse

3V/3U (9)

WahlbereichAstroteilchenphysik

2V/2U (6)

HauptseminarTeilchenphysik

2S (6)

Masterpraktikum

4P (9)


(15+15)

MasterarbeitExp. Teilchenphysik

(30)

(30) (30) (30) (30)

41


Schwerpunkt Experimentelle Festkorperphysik


FachkursExp. Festkorperphysik

4V/2U (9)

WahlbereichFKP der Nanostrukturen

2V/2U (6)

PrufungExp. Festkorperphysik

(–)


4V/2U (9)

WahlbereichRontgenphysik

2V/2U (6)

WahlbereichTheorie der kond. Materie

2V/2U (6)

WahlbereichNano-Optik

2V/2U (6)

WahlbereichBeschleunigerphysik II

1V/1U (3)

Masterpraktikum

4P (9)

HauptseminarFestkorperphyik

2S (6)


(15+15)

MasterarbeitExp. Festkorperphysik

(30)

(30) (30) (30) (30)

Schwerpunkt Experimentalphysik



4V/2U (9)

WahlbereichExp. Methoden der QO/NO

2V/2U (6)

PrufungExp. Quantenoptik

(–)

FachkursExp. Festkorperphysik

4V/2U (9)


4V/2U (9)

FachkursTheo. Teilchenphysik I

4V/2U (9)

WahlbereichBeschleunigerphysik II

1V/1U (3)

HauptseminarExperimentalphysik

2S (6)

Masterpraktikum

4P (9)


(15+15)

MasterarbeitExp. Quantenoptik

(30)

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

42


Schwerpunkt Theoretische Quantenoptik

Hinweis: Einer der Fachkurse ”Quanteninformationstheorie“ (M-T1) und ”Grundlagenprobleme der Quantenmechanik“(M-T2) kann bereits im 6. Semester des Bachelorstudiums belegt werden.


WahlbereichQuantentheorie des Lichts

2V/2U (6)


4V/2U (9)

PrufungTheo. Quantenoptik

(–)


4V/2U (9)

WahlbereichLaserspektroskopie

2V/2U (6)

WahlbereichKosmologie

2V/2U (6)

WahlbereichTheorie der kond. Materie

2V/2U (6)

WahlbereichMathematik der QM

1V/1U (3)

Masterpraktikum

4P (9)

HauptseminarQuantenoptik

2S (6)


(15+15)

MasterarbeitTheo. Quantenoptik

(30)

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

Schwerpunkt Theoretische Teilchenphysik

Hinweis: Der Fachkurs ”Theoretische Teilchenphysik I“ (M-T3) kann bereits im 6. Semester des Bachelorstudiums belegtwerden.


FachkursTheo. Teilchenphysik II

4V/2U (9)

WahlbereichFlavourphysik

2V/2U (6)

PrufungTheo. Teilchenphysik

(–)


4V/2U (9)

WahlbereichHadronenphysik

2V/2U (6)

WahlbereichPhysik am LHC

2V/2U (6)

WahlbereichDetektorphysik

2V/2U (6)

WahlbereichSpezielle Kapitel der QFT

1V/1U (3)

Masterpraktikum

4P (9)

HauptseminarTeilchenphysik

2S (6)


(15+15)

MasterarbeitTheo. Teilchenphysik

(30)

(30) (30) (30) (30)

43


Schwerpunkt Theoretische Physik


FachkursTheo. Teilchenphysik II

4V/2U (9)

WahlbereichColliderphysik

2V/2U (6)

PrufungTheo. Teilchenphysik

(–)


4V/2U (9)

WahlbereichHiggsphysik

2V/2U (6)


4V/2U (9)

WahlbereichErweiterungen des SM

2V/2U (6)

Masterpraktikum

4P (9)

HauptseminarTheoretische Physik

2S (6)


(15+15)

MasterarbeitTheo. Teilchenphysik

(30)

(30) (30) (30) (30)

Schwerpunkt Mathematische Physik


WahlbereichQuantentheorie des Lichts

2V/2U (6)

FachkursGrundlagenprob. der QM

4V/2U (9)

PrufungTheo. Quantenoptik

(–)


4V/2U (9)

WahlbereichMathematik der QM

1V/1U (3)

WahlbereichFunktionalanalysis II

4V/2U (9)

WahlbereichFunktionalanalysis I

4V/2U (9)

Masterpraktikum

4P (9)

HauptseminarTheoretische Physik

2S (6)


(15+15)

MasterarbeitTheo. Quantenoptik

(30)

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

44

handbuch der modulelemente masterstudiengang physik

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