Kommentierte Veranstaltungsankündigung zum Wintersemester 1999/2000

Fakultät für Physik Freiburg

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Allgemeines Programm:

Die Vorlesung Quantenoptik soll in zentrale Fragestellungen und theoretische Methoden dieses Gebiets einführen.

Vorläufige Themen:

• Quantisierung des elektromagnetischen Feldes
• optische Kohärenz und Photonenmessung
• Wechselwirkung eines einzelnen Atoms mit dem Strahlungsfeld (Strahlungsrückwirkung, optische Bloch-Gleichungen, Resonanzfluoreszenz, Photonenkorrelationen)
• Quantenmechanische Beschreibung offener Systeme (Master Gleichungen, Quanten-Regressionstheorem)
• Grundlagen der Quanteninformationsverarbeitung

Vorkenntnisse:

• Quantenmechanik I
• Elektrodynamik

• L. Mandel and E. Wolf, Optical Coherence and Quantum Optics, (Cambridge UP, Cambridge, 1995)
• D.F. Walls and G.J. Milburn, Quantum Optics (Springer, Berlin, 1994)
• A. Peres, Quantum Theory: Concepts and Methods (Kluwer, Dordrecht, 1995)

Der Aufbau unserer Materie ist bestimmt durch Kerne und deren Bestandteile, den Nukleonen.
Die Quarks, die in der Substruktur des Nukleons und anderer Hadronen erkenntlich sind, bilden zusammen mit anderen bekannten Elementarteilchen, wie Elektronen etc., die Bausteine des Standard Modells.
Die Symmetrieeigenschaften der Natur, insbesondere die Vereinheitlichung der elektromagnetischen und schwachen Wechselwirkung und die starke Wechselwirkung (Quantenfarbdynamik) spielen eine zentrale Rolle.

Themen im Einzelnen:

Kernphysik:

• Kernradien, Kernmassen, Bindungsenergie, Ladungsunabhängigkeit (Isospin)
• Stabilität der Kerne, Alpha-,Beta-Zerfall, Spaltung
• Gamma-Zerfall, Spin, Parität der Zustände
• Partialwellenentwicklung, Phasenverschiebungen, Resonanzen
• Kernkräfte, Deuteron, Kernpotentiale
• Fermigasmodell, Schalenmodell
• Kollektive Bewegungen der Kerne
• Thermonukleare Reaktionen

Experimentelle Techniken:

Beschleuniger

Detektoren, Ionisation, elektromagnetische  Schauer etc.

Teilchenphysik:

• Relativistische Kinematik, Streuung, Rutherford
• Mottstreuung, Formfaktoren
• Inelastische Streuung, Tiefinelastische Streuung, Strukturfunktionen
• Partonmodell
• e⁺- e^- Annihilation
• Symmetrien I: diskrete Operationen, P, T
• CP-Invarianz und Verletzung (K₀-System)
• Symmetrien II: Ladungsähnliche Quantenzahlen (Isospin, Seltsamkeit etc.)
• Stat. Quarkmodell, Charmonium ähnliche Systeme, Mesonen-Resonanzen
• Hadronenmultipletts, SU3 Symmetrie
• Farbe, Starke Kopplungskonstante
• Skalenverhalten, und deren Brechung
• Schwache Wechselwirkung, Betazerfall, Myon-Zerfall, Paritäts-Verletzung, V-A
• Streuprozesse (Neutrinostreuung)
• Neutrale Ströme
• Intermediäre Bosonen (W's, und Z's)
• Vereinheitlichung der Wechselwirkungen
• Das Standard-Modell, Higgs-Suche
• Mischungswinkel in der schwachen Wechselwirkung
• Neutrino-Oszillationen
• Hadronische Reaktionen, Austauschmodelle

Vordiplom

• Povh, Rith, Scholz und Zetsche, Teilchen und Kerne, Springer
• Mayer-Kuckuk, Kernphysik, Teubner
• Perkins, Introduction to High Energy Physics, Addison-Wesley
• Berger, Teilchenphysik - eine Einführung, Springer
• Halzen and Martin, Quarks & Leptons, Wiley
• Griffiths, Introduction to Elementary Particles, Wiley
• Lohrmann, Hochenergiephysik, Teubner
• Leo, Technics for Nucl. and Part. Physics Experiments, Springer

Die Vorlesung bietet eine Einführung in die Akustik an, ausgehend von den elementaren Prinzipien bis hin zur musikalischen Akustik.
Die physikalischen Prinzipien von Musikinstrumenten werden eingehend behandelt und schließlich deren Modellierung als virtuelle Instrumente.
Im Zusammenhang mit Blasinstrumenten wird auf Aspekte der Hydrodynamik und entsprechende Simulationen eingegangen.

Die Vorlesung ist mit Experimenten begleitet und ein Besuch an dem Zentrum für Kunst und Medien in Karlsruhe (ZKM) ist vorgesehen.

• Freie Wellen, stehende Wellen
• Kontinuierliche Strahlung von multipolaren Quellen, Wellenleiter
• Akustische Elemente periodischer Felder (Impedanzen)
• Musikalische Akustik: Saiten-, Perkussions- und Blasinstrumente
• Simulation durch Differentialgleichungen und real-time-Integration
• Sichtbarmachung und Vermessung von Strömungen
• Hydrodynamische Prinzipien der Wirbelablösung

Grundvorlesungen der Physik

• A. Pierce, Acoustics: An Introduction to its Phys. Principles, McGraw-Hill 1981
• M. Crocker, Handbook of Acoustics, Wiley 1998
• A. Benade, Fundamentals of Musical Acoustics, Oxford University Press
• N. Fletcher and Th. Rossing, The Physics of Musical Instruments, Springer 1998
• H. Eckelmann, Einführung in die Strömungsmeßtechnik, Teubner 1997
• E. Goyon et al., Hydrodynamik, Vieweg Studium 1994

Datenanalyse und Fehlerbestimmung, A. Bamberger und B. Rolker

Die Vorlesung ist eine Blockvorlesung mit Übungen zu folgenden Zeiten:
 

Montag, 6.9.1999:x		9:15 - 10:45		Statistische Grundbegriffe
		11:15 - 12:00		Verteilungen und Zentraler Grenzwertsatz
		14:15 - 15:00		Lineare Regression
		15:30 - 17:00		Übungen

Dienstag, 7.9.1999:		9:15 - 10:45		Maximum Likelyhood - Methode
		11:15 - 12:00		Nichtlineare Regression
		14:15 - 15:00		Einführung in das Programm ORIGIN
		15:30 - 17:00		Übungen (am PC)

Mittwoch, 8.9.1999:     10:00 - 12:00   Freiwillige Abschlußklausur

Vorkenntnisse:

Einführende Literatur:

Die Vorlesung bezieht sich auf folgende Lehrbücher:

• Roger Barlow, STATISTICS: A guide to the use of statistical methods in the physical sciences, Wiley, 1989
• Volker Blobel, Erich Lohrmann, STATISTISCHE UND NUMERISCHE METHODEN DER DATENANALYSE, Teubner, 1998
• Louis Lyons,  A PRACTICAL GUIDE TO DATA ANALYSIS FOR PHYSICAL SCIENCE STUDENTS, Univ. Pr., 1986
• S. Brandt, DATENANALYSE: Mit statistischen Methoden und Computerprogrammen, 3., völlig neubearb. u. erw. Aufl., BI-Wiss.-Verl., 1992

Es geht darum, möglichst rasch das charakteristische Repertoire an Kenntnissen zu erreichen, das für die experimentellen Vorlesungen und für die theoretische Mechanik und Elektrodynamik benötigt wird.

Schwerpunkte der Vorlesung sind:

• Vektoren
• Vektorfunktionen
• physikalische Felder und deren typischen Ableitungen (Gradient, Divergenz, Rotation)
• sowie Kurven- und Flächenintegrale

keine

• S. Großmann, Mathematischer Einführungskurs für die Physik, Teubner, Stuttgart, 1993

hilfsweise:
• J. Hainzl, Mathematik für Naturwissenschaftler, Teubner, Stuttgart, 1985

Lie-Algebren und Lie-Gruppen beschreiben in der Physik die wichtigsten auftretenden Symmetrien.
Lie-Algebren und Elemente ihrer Strukturtheorie sowie Lie-Gruppen (vor allem Matrixgruppen) und die elementare Theorie der Darstellungen kompakter Lie-Gruppen wurden im ersten Teil der Vorlesung eingeführt.
In diesem zweiten Teil soll es zunächst um eine Vertiefung der Darstellungstheorie vor allem halbeinfacher Lie-Algebren gehen (Einhüllende Algebra, Verma-Moduln, etc), dann um den Zusammenhang zur Darstellungstheorie kompakter Lie-Gruppen (mit den Beispielen SU(2) und SU(3)) und schliesslich um ein paar Beispiele aus der Theorie unitärer Darstellungen nichtkompakter halbeinfacher Lie-Gruppen wie SL(2,R) und der Lorentz-Gruppe O(1,3) gehen.

Vordiplom, eventuell den ersten Teil der Vorlesung oder ein kurzer Blick in die einführende Literatur

• J.E.Humphreys, Introduction to Lie Algebras and Representation Theory, 1972
• T. Bröcker, T. tom Dieck, Representations of Compact Lie Groups, 1985

Distributionen treten in Form von Punktladungsdichten (Diracsche 'Deltafunktion') und Wellenausbreitungskernen als wichtige Bestandteile jeder physikalischen Feldtheorie auf.
Ich werde zunächst die wichtigen (topologischen) Eigenschaften der drei bekannten Testfunktionenräume D, S und E behandeln (lokalkonvexe Räume).
Distributionen werden dann als (stetige) lineare Funktionale darauf eingeführt. Danach werde ich den Distributionenkalkül (Konvergenz, Ableitungen, Fourier-Transformationen, zurückziehen mittels glatter Abbildungen mit speziellen Eigenschaften) entwickeln und dann die wichtigsten physikalischen Beispiele von Distributionengleichungen behandeln (Laplace-, Wärmeleitungs-, Wellen- und Klein-Gordon-Gleichung).

Einführende Literatur:

• P. Blanchard, E. Brüning, Distributionen und Hilbertraumoperatoren, 1993
• W. Rudin, Functional Analysis, 1973

übernommen vom WS 1998/99

Die zweisemestrige Vorlesung bietet eine umfassende Einführung in die Physik für Nebenfachstudenten und schafft die fachlichen Voraussetzungen zur erfolgreichen Durchführung des Physikalischen Praktikums.

Inhalt des Teils II im WS:

     Elektrizität und Magnetismus
          Elektrostatik
          Gleichstrom
          Magnetfelder
          Induktion
          Elektromagnetische Strahlung
     Geometrische Optik
          Brechung und Dispersion
          Abbildung durch Brechung
          Optische Instrumente
     Wellenoptik
          Interferenz
          Beugung
          Polarisation
     Atomphysik
          Welle-Teilchen Dualismus
          Wasserstoff-Atom
          Röntgenstrahlung
     Kerne und Teilchen
          Kernphysik
          Radioaktivität
          Kernspaltung
          Hochenergiephysik

Übungen Mo 10-11

Die Übungen dienen der Vertiefung des Stoffes.
Der Besuch wird dringend angeraten.

Oberstufe Physik

     Alle Oberstufen-Lehrbücher für Physik und P.A. Tippler Physik

Die Vorlesung gibt eine Einführung in die Grundlagen der quantenmechanischen Vielteilchentheorie. Im Vordergrund wird dabei die Behandlung solcher Systeme mit Methoden und Techniken der (nichtrelativistischen) Quantenfeldtheorie stehen.

Zunächst wird die feldtheoretische Darstellung quantenmechanischer Vielteilchensysteme, die sogenannte zweite Quantisierung, entwickelt.
Mittels dieser Darstellung werden einfache Systeme behandelt, z.B. das freie Bosegas sowie das freie und das inhomogene Fermigas.

Im Anschluß daran wird die Störungstheorie wechselwirkender Vielteilchensysteme mit Greenfunktions-Methoden und Feynman-Regeln abgeleitet.
Es werden sowohl Vielteilchensysteme im Grundzustand als auch solche bei endlicher Temperatur betrachtet.
Darüberhinaus werden weitere Approximationsverfahren wie z.B. Mean-Field-Näherungen vorgestellt.

Vorkenntnisse:

Vorkenntnisse: Grundvorlesungen zur Quantenmechanik

• A.L. Fetter and J.D. Walecka, Quantum Theory of Many-Particle Systems, McGraw-Hill, New York, 1971

Elektrostatik
Magnetostatik
Elektromagnetische Felder
spezielle Relativitätstheorie

Einführende Literatur:

• J.D. Jackson, Klassische Elektrodynamik
• G. Eder, Elektrodynamik
• J. Honerkamp und H. Römer, Grundlagen der klassischen Physik

Der mathematische Formalismus der Quantenmechanik mag zwar verstanden sein, aber die Tatsache, daß auch heute immer wieder neue Interpretationen der Quantenmechanik vorgeschlagen bzw. alte Interpretationen in Frage gestellt werden, zeigt, daß es in bezug auf die Grundlagen der Quantenmechanik noch viele offene physikalische Fragen gibt. Die Vorlesung möchte einen Einstieg in die Thematik und die vielen Aspekte der quantenmechanischen Grundlagenforschung geben. Dazu zählen mathematische Methoden, beispielsweise der Propositionenkalkül bzw. die sogenannte Quantenlogik, eine Untersuchung des Meßprozesses, die Frage nach dem klassischen Grenzfall und die Bedeutung von Dekohärenz, der Quanten-Zenon-Effekt, eine Diskussion des EPR-Paradoxons sowie moderne Versionen dieses Experiments oder die Bellschen Ungleichungen. Neben der klassischen Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik sollen auch andere Deutungsvorschläge (consistent histories, relative state bzw. Vielwelteninterpretation, Ensembelinterpretation, etc.) angesprochen werden.

Interessenten an dieser Vorlesung sollten die Quantenmechanik I gehört haben.

Statistische Ensemble und thermisches Gleichgewicht
(mikrokanonische, kanonische und großkanonische Gesamtheit, Entropie, thermische Fluktuationen)

Gleichgewichtsthermodynamik
(Hauptsätze, Phasengleichgewicht und -umwandlungen)

Berechnung thermodynamischer Potentiale für Modellsysteme
(Näherungsmethoden, ideale klassische und Quantengase, Spinsysteme, Quasiteilchen, Photonen, Phononen, ...)

Theorie III (Quantenmechanik I)

Im Praktikum geht es darum, Konzepte und Technologien für wissenschaftliche Untersuchungen an Praktischen Beispielen zu erlernen.

Aufgaben aus folgenden Themenkreisen können bearbeitet werden:

Erzeugung und Vernichtung von Ionen- und Clusterstrahlen

Frequenzstabilisierung eines Diodenlasers

Laserkühlung von Rubidium Atomen

Betrieb eines Farbstofflasers

Nichtlineare Optik

Ultraschnelle Elektronik

Erzeugung dünner Schichten

Spezifische Wärmen von Clustern

Laser-Photoelektronenspektroskopie

Erzeugung von Radarpulsen im Femtosekundenbereich

SALI: Laser-Elementanalyse an Oberflächenschichten

XPS: Röntgen-Photoelektronenspektroskopie

AFM: Atomic-Force-Microscopy

Vorkenntnisse:

FP I und FP II

Die Vorlesung will eine Einführung in die experimenellen und theoretischen Grundlagen der Atom- und Molekülphysik geben, wobei gleichzeitig eine Vertiefung des quantenmechanischen Verständnisses angestrebt wird.
Es geht darum, Konzepte und experimentelle Anordnungen zu verstehen, damit auch neue Forschungsergebnisse diskutiert werden können.

folgende Themen sollen behandelt werden:

• Grundlegende Experimente zur Quantentheorie
• Prinzipien der Quantentheorie
• H-Atom, He-Atom, Magnetismus, periodisches System
• Atome im Strahlungsfeld, Laser, Laserkühlung
• Einfache Moleküle, Methoden der Atom- und Molekülspektroskopie

Quantenmechanik I (hilfreich)
Die Vorlesung kann auch schon im 3. Semester gehört werden

Demtröder, Experimentalphysik 3

• Quantenphänomene
• Quantenmechanischer Zustand und Observablen
• Zeitentwicklung und Schrödinger Gleichung
• Drehimpuls und Spin
• Näherungsmethoden
• Symmetrien
• Identische Teilchen
• Streutheorie

Einführende Literatur:

• J.J. Sakurai, Modern Quantum Mechanics, Addison Wesley
• F. Schwabl, Quantenmechanik, Springer
• C. Cohen-Tannoudji et al., Quantenmechanik, de Gruyter

• Einführung
• Lösung von Gleichungen und Gleichungssystemen
• Eigenwertprobleme
• Numerische Integration und Differentiation
• Gewöhnliche Differentialgleichungen
• Partielle Differentialgleichungen
• Monte-Carlo Methoden

Lineare Algebra I, Analysis I + II

• Gravitation als gekrümmte Raumzeit
• Riemannsche Geometrie
• Einsteinsche Feldgleichungen
• Schwarzschild-Lösung
• experimentelle Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie
• Gravitationswellen
• Schwarze Löcher

Vorkenntnisse:

Grundvorlesungen der Theoretischen Physik

• C. Misner, K. Thorne and J. Wheeler, Gravitation (Freeman)
• R. Sexl und H. Urbantke, Gravitation und Kosmologie (Spektrum)
• N. Straumann, Allgemeine Relativitätstheorie und relativistische Astrophysik (Springer)
• R. Wald, General Reletivity (Chicago Press)

• Gruppentheorie des H-Atoms
• Strahlungsprozesse
• Streuung schneller Elektronen
• Oszillatorstärken, Summenregeln
• Schwellengesetze für Reaktionen
• Quantenmechanik nicht-separierbarer Systeme

Vorkenntnisse:

Quantenmechanik I

• Gasphasenabscheidung (CVD) von Diamant, speziell Mikrowellen-Plasma-CVD
• Nukleation und Wachstumskinetik polykristalliner und epitaktischer Diamantschichten
• mechanische, thermische, optische und elektronische Eigenschaften und Anwendungen von CVD-Diamantschichten und -Scheiben

Grundlagen der Festkörperphysik

Chemische Bindungen in Festkörpern

Elektronenkonfigurationen von Atomen

Kristallstrukturen

Periodische Strukturen und reziprokes Gitter

Bändermodell

Halbleiterkristalle

Ladungstransport Eigenleitung

Transportphänomene

Bipolare Bauelemente

Optoelektronik

Supraleitung

Magnetismus

Experimentalphysik I

• Kittel, Einführung in die Festkörperphysik
• Ibach, Lüth, Festkörperphysik
• S.M. Sze, Physics of Semiconductor Devices
• Müller, Halbleiter-Elektronik Bd 1 und 2

1) Solare Energieflüsse (meteorologische Basis)
2) Solarthermische Energiekonverter
3) Spektral-selektive Energiekonversion
4) Selektive Spiegel (Materialsysteme)
5) Selektive optische Absorber (Materialsysteme)
6) Konzentrierung optischer Strahlung (Thermodynamik)
7) Optische Konzentratoren (abbildende und nicht-abbildende Optik)
8) Solarthermische Kraftwerke
9) Thermische Energiespeicher
10) Solare Klimatisierungssysteme

Einführende Literatur:

Diese Lehrveranstaltung soll eine Einführung in die Beschreibung quasistochastischer Fluktuationen in der Quantenphysik bieten.
In jüngster Zeit sind Experimente mit hochangeregten Atomen und Molekülen oder ungeordneten Festkörpern auf außerordentlich großes Interesse gestoßen.
In solchen Experimenten werden oft quasistochastische Fluktuationen gemessen: Streuquerschnitte oder Leitwerte schwanken scheinbar irregulär als Funktion externer Parameter.
Wie können solche Fluktuationen theoretisch beschrieben werden?

In dieser Vorlesung soll gezeigt werden,  daß Quantenfluktuationen in einer Vielzahl von sehr verschiedenen physikalischen Systemen einen gemeinsamen Ursprung haben, und zwar in chaotischer klassischer Dynamik.

Im Rahmen der Vorlesung sollen die theoretischen Methoden zur Beschreibung solcher Fluktuationen im Detail beschrieben werden (Quantenchaos, statistische Methoden).
Die theoretischen Methoden sollen im Vergleich mit Experimenten an hochangeregten Atomen, Molekülen und ungeordneten Festkörpern erläutert werden.

Zur Vorlesung wird ein Skript verfaßt.

Vorkenntnisse:

• Klassische Mechanik
• Quantenmechanik I
• Experimentalphysik IV (Atom- und Molekülphysik)

• Chaos and Quantum Physics, eds.: M.-J. Giannoni, A. Voros and J. Zinn-Justin, Les Houches 1989, North-Holland, Amsterdam 1991
• M. Tabor, Chaos and integrability in nonlinear dynamics, Wiley, New York 1989
• M.C. Gutzwiller, Chaos in Classical and Quantum Mechanics, Springer, New York 1990

Für immer mehr Physiker und Mathematiker ist die internationale Finanzwelt ein äusserst profitables Beschäftigungsfeld nach dem Studium (siehe z.B. J.P. Bouchaud et al., Mutual Attraction: Physics and Finance, Physics World, January 1999, S. 25; oder: W. Blum, Kurse zum Rechnen, Die Zeit, 11. März 1999, S. 30.). Sie wenden dort Methoden der Theoretischen Physik und der Stochastik auf die komplexe Dynamik von Aktienkurse, Devisenkurse und Zinsen. Besonders gefragt ist die Modellierung (Financial Engineering) von derivativen Finanzinstrumente (Derivate), die von den traditionellen Finanzbeziehungen (Kredite, Aktien, Anleihen) oder von abstrakten Formen (Aktienindizes) abgeleitet sind und der Steuerung von Preisänderungsrisiken dienen.

Ziel der Vorlesung ist es eine Einführung in die Probleme und Methoden des Risikomanagements zu geben.
Besondere Aufmerksamkeit werden wir der Entwicklung und der Anwendung von Monte-Carlo-Verfahren widmen.

Unter anderem werden wir behandeln:

1. Wiederholung vom Sommersemester:

Produkte, Märkte, Derivate;
Random Walks als Grundlage vieler Risikomodelle;
Das Black-Scholes-Modell;
Binomiale Modelle.
2. Pfadabhängige Optionen,
3. Spekulation mit Optionen,
4. Credit Risk,
5. Crash Modeling,
6. Portfolio Management,
7. Value at Risk,
8. True Option Theory.

In den Übungen, die im CIP-Raum stattfinden, werden die in der Vorlesung vorgestelleten Algorithmen in Programme umgesetzt.
Als Programmiersprache wollen wir Java benutzen.
In den ersten zwei Übungseinheiten wird eine Einführung in Java gegeben.

Vorkenntnisse:

Grundkenntnisse in Statistischer Physik; es werden keine Java Kenntnisse vorausgesezt.
Die Vorlesung ist die Fortsetzung meiner Vorlesung Monte-Carlo Methoden für das Risikomanagement, kann aber auch unabhängig davon mit Gewinn gehört werden.

1. Burton G. Malkiel, A Random Walk Down Wall Street, (W. W. Norton & Company, New York, 1996)
2. P. Wilmott, S. Howison, J. Dewynne, The Mathematics of Financial Derivatives: A Student Introduction, (Cambridge University Press, 1995)
3. Richard Davies, Introductory Java for Scientists and Engineers, (Addison-Wesley, Harlow, 1999)

• Klassische Feldtheorie, Noether-Theorem, raum-zeitliche und innere Symmetrien;
• Quantisierte freie Felder: Klein-Gordon-, Dirac-, Maxwell-Felder;
• Äussere Quellen;
• Einlaufende/auslaufende Zustände, asymptotische Felder, Streumatrix, LSZ-Reduktionsformel;
• Störungstheorie, Feynman-Graphen;
• Quantenelektrodynamik; Strahlungskorrekturen, Vakuumpolarisation, Ward-Takahashi-Identität;

Vorkenntnisse:

• Quantenmechanik I und II
• Klassische Feldtheorie

• C. Itzykson, J.-B. Zuber, Quantum Field Theory, McGraw-Hill, New York 1980
• N.N. Bogoliubov, D.V. Shirkov, Introduction to the Theory of Quantized Fields, John Wiley & Sons, New York, etc.

Typische Prozesse der schwachen Wechselwirkung, Erhaltungsgrößen, Beschreibung der Wechselwirkung in Anlehnung an die Elektrodynamik, Unterschiede zur Elektrodynamik (Paritätsverletzung, Reichweite ...)

Vorkenntnisse:

• Klassische Elektrodynamik
• Quantenmechanik I

Die Vorlesung wendet sich an Studenten in mittleren Semestern ohne spezielle Vorkenntnisse auf diesem Gebiet, und sie stützt sich weitgehend auf bekannte Konzepte.

• de Benedetti, Nuclear Interactions
• Wu, Moszkowski, Beta Decay
• Povh et al., Teilchen und Kerne

Nonrelativistic free-electron dynamics in electromagnetic fields

Special relativity

Relativistic dynamics of particles and electromagnetic fields

Radiation by moving charges

• J.D. Jackson, Classical Electrodynamics, (Wiley)
• L.D. Landau and E.M. Lifshitz, The Classical Theory of Fields, (Pergamon)

Unter Berücksichtigung des Gegenstandskataloges für die Ärztliche Vorprüfung wird in die Physik eingeführt.
Ziel ist eine möglichst klare und durch Experimente veranschaulichte Darstellung der verschiedenen Gebiete.

Es sollen schwerpunktmäßig einige Gebiete der Kern- und Teilchenphysik vertieft werden, die erfahrungsgemäß in der Kursvorlesung nur kurz oder garnicht behandelt werden können:

• Radioaktivität und Anwendungen
• Kernspaltung
• Totale und elastische Wirkungsquerschnitte
• Teilchenproduktion und Resonanzen
• Phasenraum und Dalitz-Diagramme
• Pionen
• K-Mesonen
• weitere Themen nach Absprache

Vorlesung Kern- und Teilchenphysik empfohlen, jedoch nicht unbedingte Voraussetzung

z.B.

Povh-Rith-Zetsche, Teilchen und Kerne

T. Mayer-Kuckuk, Physik der Atomkerne

Die Vorlesung beschäftigt sich mit Modellen und Methoden, die man zur Beschreibung der Versagensphänomene (Elektrischer Durchbruch, Rißausbreitung, Fragmentierung, Erdbeben, usw.) in komplexen und stark heterogenen Medien benutzt. Selten sind solche Versagensphänomene durch mittlere Eigenschaften der statistisch homogenen Stoffe zu erklären. Sehr oft werden sie durch verschiedenen Defekte und Unregelmäßigkeiten verursacht und oft durch selten auftretende, extrem ungünstige Konfigurationen solcher Defekte. Das Versagen selbst kann auch verschiedenen Szenarien folgen, die vom für Kristalle typischen gerichteten Rißwachstum bis zum langsamen Zerfall reichen. Oft ist Versagen nur ein Teil des stationären Prozesses, wie z.B. die stationäre Bewegung der Erdkruste, die sich durch eine Abfolge von Erdbeben auszeichnet. Solche Modelle sind oft auch bei der Beschreibung Evolutionärer Prozesse in der theoretischen Biologie und auch bei Modellen in den Wirtschaftwissenschaften anzutreffen.

Vorläufiges Programm:

• Modelle der Unordnung.
• Statische Eigenschaften ungeordneter Netzwerke.
• Elemente der Perkolationstheorie.
• Versagensphänomene in ungeordneten Systemen.
• Elemente der Elastizitätstheorie und der Bruchmechanik.
• Statistik der extremen Ereignisse. Fragmentierungsprozesse.
• Systeme mit trockener Reibung: Erdbebenmodelle und selbstorganisierte Kritikalität.
• Probleme der Vorhersage des Versagens.

Vorkenntnisse:

Einführende Literatur:

Die Vorlesung orientiert sich an dem Buch von
B.K. Chakrabarti and L.G. Benguigui, Statistical Physics of Fracture and Breakdown in Disordered Systems, (Clarendon Press, Oxford, 1997).
Weitere Literatur wird in der Vorlesung angegeben.

Vorkenntnisse:

Einführende Literatur:

Die Thermodynamik bildet die Grundlage für das Verständnis vieler Eigenschaften der uns umgebenden makroskopischen Welt. Ausgehend von den Hauptsätzen der Thermodynamik werden sowohl allgemeine Eigenschaften makroskopischer Systeme als auch, unter Benutzung phänomenilogischer Zustandsgleichungen, spezielle thermodynamische Probleme untersucht. Das Zentrum der Vorlesung bildet der zweite Hauptsatz der Thermodynamik und die daraus entwickelte Plancksche Methode zur Analyse der Entropiefunktion. Weiterhin folgen hieraus zwangsläufig die verschieden thermodynamischen Potentiale und ihre Bedeutung für Gleichgewichtssysteme.

1. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik und seine Folgerungen
2. Der zweite Hauptsatz: Formulierung und "Beweis" (nach Planck)
3. Allgemeine Folgerungen aus dem zweiten Hauptsatz, thermodynamische Potentiale
4. Phasenumwandlungen
5. Lösungen
6. Wärmestrahlung
7. Thermodynamische Methoden in der modernen Physik komplexer Materie

Zur Vorlesung wird ein Skript verfügbar sein.

Vorkenntnisse:

Grundlagenvorlesung experimentelle Physik

• M. Planck, Thermodynamik
• M.W. Zemansky, R.H. Dittman, Heat and Thermodynamics
• G. Kluge und G. Neugebauer,Grundlagen der Thermodynamik

Nach einer kurzen Übersicht über die beobachteten Eigenschaften der Sterne werden die Gleichungen behandelt, welche das Gleichgewicht der Kräfte, die Energieerzeugung und den Energietransport in Sternen, sowie den Zustand der stellaren Materie beschreiben.
Mit ihrer Hilfe wird der Aufbau der verschiedenen Sterntypen wie Hauptreihensterne, Rote Riesen und Weiße Zwerge, sowie die Entwicklung von der Sternentstehung bis zur Supernova-Explosion besprochen.

Grundvorlesungen in Physik

• A. Unsöld, B. Baschek, Der Neue Kosmos, Springer 1991
• R. Kippenhahn, A. Weigert, Stellar Structure and Evolution, Springer 1991

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 der klassischen Mechanik und den linearen stochastischen Systemen die im Rahmen der Nichtlinearen Dynamik neu entwickelten Begrifflichkeiten diskutiert.

Vorläufiges Programm:

Integrable, nichtintegrable, linear stochastische Systeme

Das May'sche Programm

Takens' Theorem

Lyapunov Exponenten

Fraktale Dimensionen, DVS-plots

Instabile periodische Orbits, Chaoskontrolle

Phasensynchronisation

Probleme bei Anwendungen auf empirische Daten

Vorkenntnisse:

Klassische Mechanik

• H. Kantz, T. Schreiber, Nonlinear time series analysis, Cambridge University Press, 1997
• J.P. Eckmann, D. Ruelle, Rev. Mod. Phys. 57, 1985, 617-656
• H.G. Schuster, Deterministisches Chaos, VCH, 1994

1. Einführung
2. Mechanik des Massenpunktes
      Kinematik, Dynamik, Arbeit, Leistung, Energi, Reibung, bewegte Bezugsysteme
3. Systeme von Massenpunkten
      Abgeschlossene Systeme, Schwerpunkt, Impulserhaltung, Zweikörper Zentralkräfte, Stöße, Planetenbewegung und Gravitation
4. Mechanik starrer Körper
      Grundlagen, Statik, Dynamik
5. Mechanik deformierbarer Körper
      Aggregatszustände, deformierbare Festkörper, ruhende Flüssigkeiten, Strömungen
6. Mechanische Schwingungen und Wellen
      Schwingungen, Wellen, Ausbreitung von Wellen, Eigenschwingungen, Akustik
7. Thermodynamik
      Kinetische Theorie des idealen Gases, Wärme, Wärmetransport, Hauptsätze, Phasenumwandlungen, Phasengleichgewichte

• Demtröder, Experimentalphysik I
• Gerthsen, Kneser, Vogel, Physik

• Anwendungen der Maxwell Theorie
• spezielle Relativitätstheorie
• klassische Yang-Mills Theorie (Eich-Theorie)

Vorlesung im Rahmen des Wahlpflichtfachs 2

Vorkenntnisse:

Theoretikum I, II, Mathematische Hilfsmittel

• J.D. Jackson, Classical Electrodynamics
• Panofsky, Philips, Classical Electricity and Magnetism

I. Grundlagen

Einleitung und Überblick
Historische Entwicklung des modernen Weltbildes
Die Erde als Plattform astronomischer Beobachtungen
Instrumente der Astronomie

II. Sterne und Sternentwicklung

Die Sonne als Prototyp
Zustandsgrößen der Sterne
Sternentwicklung
Multiple Systeme

III. Galaktische Astronomie

Interstellare Materie
Sondertypen von Sternen
Die Milchstraße

IV. Extragalaktische Astronomie

Ruhige und Aktive Galaxien
Sternhaufen
QSOs

V. Kosmologie

Einführende Literatur:

• A. Weigert, H. Wendker, Astronomie und Astrophysik - Ein Grundkurs, VCH Verlagsgesellschaft, 3. Aufl., ISBN 3-527-29394-9
• H. Karttunen, P. Kröger, H. Oja, M. Poutanen, K.J. Donner, Fundamental Astronomy, Springer-Verlag , ISBN 3-540-17264-5
• A. Unsöld, B. Bascheck, Der neue Kosmos, 6. Auflage, Springer-Verlag
• H.H. Voigt, Abriß der Astronomie (Kompendium), BI Wissenschaftsverlag, ISBN 3-411-01584-5

Vorkenntnisse:

Einführende Literatur:

• Kristallstrukturen und ihre experimentelle Untersuchung
• Chemische Analyse von Festkörpern
• Experimentelle Untersuchung von Phononen und Elektronen in Festkörpern
• Bestimmung von Parametern der elektronischen Bandstruktur

• Vorlesungen über die Physik kondensierter Materie

• Ibach/Lüth, Festkörperphysik
• G. Burns, Solid State Physics

1. Grundlagen: Der pn-Übergang, Solarstrahlung, Photovoltaische Energieerzeugung
2. Physik der Solarzelle: Generation und Rekombination von Ladungsträgern, Kennlinien, Analytische Modelle, Wirkungsgrade
3. Herstellung von Silicium-Solarzellen, Modulfertigung
4. Dünnschicht-Solarzellen: a-Si:H, GaAs, CdTe, CIS, etc.
5. Konzentrator-Solarzellen und Module
6. PV Systeme
7. Anwendungen der Photovoltaik

Grundlagen der Halbleiterphysik

• M.A. Green, Solar Cells, University of New South Wales, Neuauflagen), ISBN 0 85823 5803
• D. Meissner (Hg), Solarzellen, Vieweg 1993, ISBN 3 5280 65184
• A. Goetzberger, B. Voß, J. Knobloch, Sonnenenergie: Photovoltaik, Teubner Studienbücher Physik, 1994, ISBN 3519 032147
• H.G. Wagemann, H. Eschrich, Grundlagen der photovoltaischen Energiewandlung, Teubner Studienbücher Physik/Elektronik, 1994, ISBN 3519 03218 X
• P. Würfel, Physik der Solarzellen, Spektrum Verlag, 1995, ISBN 3 86025 717 X