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Kommentare Sommersemester 2018

Veranstaltungsbeschreibungen in Deutsch und für englisch-sprachige Master-Veranstatungen in Englisch. Course descriptions in German and for Master courses in English.

Experimentalphysik II (Elektromagnetismus und Optik)

Dozent: Prof. Dr. Markus Schumacher
Zeit: 4 st., Mo, Mi 10-12,
Ort: Großer HS
Beginn: 16.04.2018

Programm:

Die Vorlesung Experimentalphysik II vermittelt die experimentellen Grundlagen der Elektrizität, des Magnetismus und der Optik. Im Zentrum der Vorlesung stehen Demonstrationsexperimente. Die Vorlesung wird durch Übungen begleitet.

Folgende Themen werden behandelt:

  • Elektrische Ladung
  • Elektrische Felder
  • Gaußscher Satz und elektrisches Potential
  • Kapazität
  • Elektrischer Strom, Widerstand und Stromkreise
  • Magnetfelder
  • Strominduzierte Magnetfelder, Induktion und Induktivität
  • Wechselstrom und Schwingkreise
  • Maxwellgleichungen und elektromagnetische Wellen
  • Geometrische Optik
  • Reflexion und Brechung von Licht
  • Licht als Welle: Interferenz und Beugung

 

Vorkenntnisse:

Experimentalphysik I
 

Einführende Literatur:

  • W. Demtröder, Experimentalphysik 2, Elektrizität und Optik, Springer-Verlag
  • Tipler / Mosca, Physik, Springer Verlag
  • J. Heintze, Lehrbuch der Experimentalphysik, Band 3: Elektrizität und Magnetismus, Springer Verlag
  • Bergmann / Schäfer, Lehrbuch der Experimentalphysik, Band 2, Elektromagnetismus, Verlag de Gruyter

 


Experimentalphysik IV (Atom-, Molekül- und Festkörperphysik)

Dozent: Prof. Dr. Giuseppe Sansone
Zeit: 4 st., Di, Do 8-10
Ort: HS I
Beginn: 17.04.2018

Programm:

  • Komplexe atomare Systeme und periodisches System
  • Struktur und Eigenschaften von Molekülen
  • Struktur und Eigenschaften von Festkörpern und Oberflächen

 

Vorkenntnisse:

Experimentalphysik I-III


Einführende Literatur:

 


Theoretische Physik I (Mechanik und Spezielle Relativitätstheorie)

Dozent: Prof. Dr. Gerhard Stock
Zeit: 4 st., Di, Do 10-12
Ort: HS I
Beginn: 17.04.2018
Vorlesungs-Link
 

Programm: 

  • Mechanik des Punktteilchens
  • Systeme von Massenpunkten
  • Bewegung in Zentralkraftfeldern
  • Inertialsysteme und beschleunigte Bezugssysteme
  • Symmetrien, Invarianzen und Erhaltungsgrößen
  • Methode der Lagrange-Multiplikatoren
  • Hamiltonsches Prinzip
  • Lineare Schwingungen
  • Hamilton-Mechanik
  • Dynamik starrer Körper
  • Spezielle Relativitätstheorie

 

Vorkenntnisse:

Theoretische Physik I
 

Einführende Literatur:

  • V.I. Arnold, Mathematical Methods of Classical Mechanics, Springer
  • H. Goldstein, C.P. Poole, J.L. Safko, Klassische Mechanik, Wiley-VCH
  • J. Honerkamp, H. Römer, Grundlagen der Klassischen Theoretischen Physik, Springer
  • F. Kuypers, Klassische Mechanik, Wiley-VCH
  • L.D. Landau, E.M. Lifshitz, Lehrbuch der Theoretischen Physik, Band I, Akademie-Verlag
  • W. Nolting, Grundkurs Theoretische Physik, Band 1, 2 und 4, Springer
  • H. Römer, M. Forger, Elementare Feldtheorie, VCH

 


Theoretische Physik III (Quantenmechanik)

Dozent: Prof. Dr. Andreas Buchleitner
Zeit: 4 st., Mo 10-12, Do 12-14
Ort: HS I
Beginn: 16.04.2018


Programm: 

  • Schrödingergleichung
  • Eindimensionale Probleme
  • Wasserstoffatom
  • Spin
  • Drehimplus
  • Störungstheorie
  • ...
  • EPR -Paradoxon und Bell'sche Ungleichungen

 

Vorkenntnisse:

Theoretische Physik I-II, Analysis und Lineare Algebra
 

Einführende Literatur:

  • F. Schwabl. Quantenmechanik
  • T. Fließbach. Quantenmechanik

 


Höhere Mathematik

Dozent: JProf. Dr. Harald Ita
Zeit: 4 st., Mi 12-14, Fr 10-12
Ort: HS I
Beginn: 18.04.2018


Programm: 

  • Funktionentheorie: Komplexe, holomorphe und meromorphe Funktionen, Laurent-Reihen. Cauchy-Riemann'sche Differentialgleichungen, Komplexe Integration, Satz von Cauchy, Satz von Liouville, Residuensatz.
  • Gewöhnliche Differentialgleichungen: Existenz- und Eindeutigkeitssätze, Lipschitz-Bedingungen, Lineare Differentialgleichungen, Wronski-Determinante; homogene und inhomogene Differentialgleichungen, Matrix-Exponentialfunktion.
  • Ein-dimensionale Sturm-Liouville-Probleme, Eigenwertprobleme, Orthogonalsysteme
  • Spezielle Differentialgleichungen: Bessel, Hermite, Legendre, hypergeometrisch, konfluent hypergeometrisch und ihre Lösungen.

 

Vorkenntnisse:

Für die Vorlesung werden die Inhalte der Grundvorlesungen Analysis für Stu-dierende der Physik, Lineare Algebra I und II vorausgesetzt.

 

Einführende Literatur:

 


Experimentelle Methoden

Dozent: Prof. Dr. Beate Heinemann
Zeit: 2 st., Mi 14-16
Ort: HS I
Beginn: 18.04.2018


Programm:

  • Statistische Methoden der Datenanalyse
  • Datenanalyse mit ROOT
  • Grundlagen der Elektronik
  • Digitale und analoge Messtechnik
  • Grundlagen von Detektoren

 

Hinweis:
Die erfolgreiche Teilnahme an dieser Veranstaltung ist Voraussetzung zur Teilnahme am Physiklabor für Fortgeschrittene.

 


Seminar Physik: Quantenmechanik für Liebhaber

Dozenten: Prof. Dr. Andreas Buchleitner, Dr. Stefan Buhmann
Zeit: 2 st, Do 15-17
Ort: Seminar room, Highrise

Programm:

Das Seminar wird im Stile eines Proseminars die Themen der Vorlesung “Theoretische Physik III - Quantenmechanik” ergaenzen und vertiefen - gewissermassen die Kuer nach der Pflicht -, setzt den Besuch der Vorlesung jedoch nicht voraus. Thematisch wollen wir sowohl erkenntnistheoretische und historische Aspekte der Quantentheorie, wie auch tieferliegende mathematische Strukturen und aktuelle experimentelle Entwicklungen behandeln. Die konkrete Themenauswahl wird im Austausch mit den Teilnehmern geschehen.

 


Seminar Physik: Perkolation

Dozenten: Prof. Dr. Tanja Schilling, Dr. Andreas Härtel, Dr. Anja Kuhnold
Zeit: 2 st, Do 10-12
Ort: SR III

Programm:

Was haben Ölfelder mit Ameisen in einem Labyrinth gemein?
Was ist eine fraktale Dimension?
Was kann Perkolationstheorie leisten, um textile Elektroden zu entwickeln?

In diesem Seminar werden wir diesen Fragen nachgehen und den Begriff Perkolation sowie dessen Definition und Anwendung behandeln. Das Seminar wird im Stile eines Proseminars gehalten.

 


Einführung in die Moderne Digitalelektronik

Dozent: apl. Prof. Dr. Horst Fischer
Zeit: 2 st., Fr 12-14
Ort: SR I
Übungen: Di 16-18, CIP Pool II
Beginn: 20.04.2018

Programm:

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.

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

 

Vorkenntnisse:

 

Einführende Literatur:

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

 


Halbleiterbauelemente / Semiconductor Devices

Dozent: PD Dr. Harald Schneider, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)
Zeit: 2 st., Blockvorlesung 22.-25.05.2018, jeweils 10-12 und 14-17
        sowie 1-2 Vorlesungen nach Vereinbarung
Ort: HS II
Beginn: 22.05.2018

Programm:

  • Transportphänomene
  • Metall-Halbleiter-Kontakt, Schottky-Diode
  • p-n Übergang: Diodengleichrichter, Photodiode, LED, Laserdiode, Solarzelle
  • Bipolare Transistoren, HBT
  • Feldeffekt-Transistoren: JFET, MESFET, HEMT, MOSFET, FGFET
  • Quantenstruktur-Bauelemente: RTD, QWIP, QCL, ICL

 

Vorkenntnisse:

Experimentalphysik IV (Kondensierte Materie), Vorlesung Grundlagen der Halbleiterphysik (apl. Prof. J. Wagner)
 

Einführende Literatur:

  • S.M. Sze and K.K. Ng, Physics of Semiconductor Devices, Wiley, 2006
  • S.M. Sze, Semiconductor Devices, Wiley, 2001

 
 


Einführung in die Astrophysik

Dozent: Prof. Dr. Oskar von der Lühe
Zeit: 3 st., Mi 9-12
Ort: HS I
Übungen: 2 st. n.V.
Beginn: 18.04.2018
Veranstaltungs link

Programm:

Diese Vorlesung vermittelt einen Überblick über Ziele und Ergebnisse der modernen Astrophysik und über das moderne Weltbild. Themen sind die Grundlagen der physikalischen Eigenschaften der Sonne und des Planetensystems, des Aufbaus und der Entwicklung von Sternen, sowie die Grundlagen der Physik von Sternsystemen und des modernen kosmologischen Weltbildes. Die Vorlesung ist gedacht für den Studiengang Physik Bachelor im 4. Semester sowie für das Lehramt Physik.
Themen:

  • Einleitung
  • Koordinatensysteme
  • Das Sonnensystem
  • Teleskope und Instrumente
  • Photometrie
  • Aufbau und Entwicklung von Sternen
  • Die Sonne
  • Veränderliche Sterne
  • Die Milchstraße
  • Das Interstellare Medium
  • Extragalaktische Physik
  • Strukturen im Universum und Kosmologie

 

Vorkenntnisse:

Experimentalphysik I-III, Theoretische Physik I-III
 

Einführende Literatur:

  • Weigert, A., Wendker, H., Wisotzki, L.: Astronomie und Astrophysik - Ein Grundkurs VCH Verlagsgesellschaft, 4. Aufl. (2004), ISBN 3-527-40358-2
  • Karttunen, H., Kröger, P., Oja, H., Poutanen, M. Donner, K. J.: Fundamental Astronomy, Springer-Verlag, ISBN 3-540-17264-5
  • Hanslmeier, A., Einführung in die Astronomie und Astrophysik (2. Auflage 2007), Springer ISBN 978-3-8274-1846-3
  • Scheffler, H., Elsässer, H.: Physik der Sterne und der Sonne Bibliographisches Institut, ISBN 3-411-01438-5
  • Unsöld, A:, Bascheck, B.: Der neue Kosmos (6. Auflage), Springer-Verlag, ISBN 3-540-64165-3

 


Photovoltaic Energy Conversion / Photovoltaische Energiekonversion

Dozent: Dr. Uli Würfel
Zeit: 2 st., Di 8-10
Ort: SR GMH
Übungen: nach Vereinbarung (1 st.)
Beginn: 17.04.2018

Programme:

  • Basic structure of solar cells
  • Thermodynamic limit for the conversion of sunlight into electrical energy
  • Semiconductors: density of states, Fermi energy, doping
  • Generation and recombination, quasi Fermi energies
  • Transport of charge carriers
  • The pn-junction
  • Charge carrier selectivity
  • Ideal solar cells
  • Real solar cells: crystalline Si solar cells
  • Thin film solar cells
  • Tandem and multijunction solar cells,
  • Dye, organic and perovskite solar cells

 

Prerequisits:

Knowledge of semiconductor or solid state physics advantageous /Halbleiter- bzw. Festkörperphysik von Vorteil

Literature:

  • P. Würfel, U. Würfel, Physics of Solar Cells, Wiley-VCH, 3rd Edition 2016
  • M.A. Green, Solar Cells, University of New South Wales 1982

 


Fortgeschrittene Theoretische Physik für Lehramtsstudierende

Dozent: apl. Prof. Dr. Thomas Filk
Zeit: 4 st., Mo, Di 10-12
Ort: SR I
Beginn: 16.04.2018
Vorlesungslink

Programm:

Diese Vorlesung speziell für Lehramtsstudierende findet zum vierten Mal statt und ist für Studierende nach der neuen Prüfungsordnung (GymPO) eine Pflichtvorlesung. Empfohlen wird die Teilnahme im 4. Fachsemester. Studierende nach der alten Prüfungsordnung (WPO) können wahlweise die Theo IV oder diese Vorlesung hören. Der Schwerpunkt dieser Vorlesung ist die Quantenmechanik, allerdings bezieht sich ein Teil des Inhalts auch auf die Statistische Mechanik. Nach dem aktuellen Modulhandbuch erhalten Sie nach erfolgreicher Teilnahme an dieser Vorlesung und den begleitenden Übungen einen Leistungsnachweis. Die Kriterien werden in der Vorlesung bzw. den Übungen bekannt gegeben. Für Studierende nach der alten Prüfungsordnung kann auch ein benoteter Schein ausgestellt werden. 
 

Vorkenntnisse:

Theoretische Physik I-III
 

Einführende Literatur:

 


Einführung in die Physikdidaktik für Studierende des Gymnasiallehramts

Dozent: JunProf. Dr. Martin Schwichow
(Veranstaltung der Pädagogischen Hochschule)
Zeit: 4 st., Di 14-16
Ort: Pädagogische Hochschule KG 3-111
Vorlesungs link

Programm:

  • Physikunterricht legitimieren / Ziele
  • Ziele / Lehrplan / Bildungsstandards
  • Kontextorientierung und Lebensweltbezug
  • Moderne Themen / didaktische Rekonstruktion
  • Schülervorstellungen
  • Im Physikunterricht experimentieren
  • Modellmethode
  • Computereinsatz im Physikunterricht
  • Offener schülerorientierter problemorientierter Unterricht (Teil 1)
  • Offener schülerorientierter problemorientierter Unterricht (Teil 2)
  • Aufgabenkultur
  • Physikunterricht evaluieren
  • Interesse
  • KLAUSUR

 

Einführende Literatur:

  • Helmut F. Mikelskis (Hrsg.), Physik-Didaktik: Praxishandbuch für die Sekundarstufe I und II, Cornelsen Verlag Scriptor, 2006, 290 S.
  • Silke Mikelskis-Seifert/Thorid Rabe (Hrsg.), Physik-Methodik: Handbuch für die Sekundarstufe I und II, Cornelsen Verlag Scriptor, 2007, 242 S.

 


Theoretical Condensed Matter Physics

Dozent: Dr. Michael Thoss
Zeit: 4 st., Mo 10-12, Do 12-14
Ort: SR III
Übungen: Di 14-16
Beginn: 16.04.2018

Programme:

  • Structure of solids
  • Lattice vibrations: Phonons
  • Electronic structure of solids
  • Electron-electron interaction, electron-phonon interaction
  • Superconductivity
  • Magnetism
  • Transport theory

 

Prerequisits:

Theoretical Physics I-IV
 

Literature:

  • M.W. Ashcroft and N.D. Mermin, Solid State Physics
  • U. Rössler, Solid State Theory: An Introduction
  • L. Kantorovich, Quantum Theory of the Solid State: An Introduction
  • C. Kittel, Quantum Theory of Solids

 


Introduction to Relativistic Quantum Field Theory

Dozent: Prof. Dr. Stefan Dittmaier
Zeit: 4 st., Mo 14-16, Di 12-14
Ort: HS I
Übungen: Mi 14-16, HS II
Beginn: 16.04.2018

Programme:

  • Quantization of scalar fields (Klein Gordon equation, classical field theory, canonical quantization, scattering theory and Feynman diagrams)
  • Vector-boson fields (classical field equations, electromagnetic interactions and the gauge principle, quantization of the electromagnetic field, scalar QED and perturbative evaluation)
  • Dirac fermions (basics of Lie Groups, Lorentz group and its representations, Dirac and Weyl equations, Poincare group and its representations, quantization of free Dirac fields, QED and perturbative evaluation, applications)
  • Quantization with functional integrals

 

Prerequisits:

Quantum Mechanics, Electrodynamics and Special Relativity
 

Literature:

  • Bjorken/Drell: "Relativistic Quantum Mechanics"
  • Bjorken/Drell: "Relativistic Quantum Fields"
  • Itzykson/Zuber: "Quantum Field Theory"
  • Maggiore: "A Modern Introduction to Quantum Field Theory"
  • Peskin/Schroeder: "An Introduction to Quantum Field Theory"
  • Ramond: "Field Theory: a Modern Primer"
  • Tung: "Group Theory in Physics"
  • Weinberg: "The Quantum Theory of Fields, Vol.1: Foundations"

 


Computational Physics: Materials Science

Dozent: Prof. Dr. Tanja Schilling
Zeit: 4st., Di 10-12, Mi 12-14
Ort: HS II
Übungen: Mi 16-18, CIP II
Beginn: 17.04.2018

Programme:

This course will introduce simulation methods for classical atomistic materials modelling, such as Monte Carlo and Molecular Dynamics simulations. It will consist of lectures and hands-on programming projects. Basic knowledge in programming as well as statistical mechanics is required. We will, in particular, study advanced Monte Carlo methods to sample rough free energy landscapes and rare events.

Criteria for passing: it is mandatory to participate in the excercises on Wed 4pm-6pm


Prerequisits:

Basic knowledge in programming as well as statistical mechanics.


Literature:

  • Script (will be available via ILIAS)
  • Book: Understanding molecular simulation from algorithms to applications. D. Frenkel and B. Smit. AP Academic Press.
  • Book: Computer simulation of liquids. M. P. Allen and D. J. Tildesley. Oxford University Press.
  • Book: A guide to Monte Carlo simulations in statistical physics. D. P. Landau and K. Binder. Cambridge Univ. Press.

 


Advanced Optics and Lasers

Dozent: Prof. Dr. Frank Stienkemeier
Zeit: 4 st., Mi, Do 10-12
Ort: HS II
Beginn: 19.04.2018
Übungen: Di 16-18, HS II


Programme:

  • Light-matter interaction: Absorption/emission, line broadening
  • Coherence and interference: temporal, spatial coherence, interferometers
  • The laser principle: 2, 3, 4-level lasers, rate equation models, output power of a laser
  • Optical resonators: transmission spectra, stability
  • Laser modes: Paraxial approximation, Gaussian beams, longitudinal and transverse modes, mode selection
  • Short laser pulses: Dynamic solutions of rate equation, Q-switching, mode locking, intense short pulses, generation of ultra-short laser pulses
  • Nonlinear optics: Second, third order polarizability, frequency conversion, optical parametric amplification, high-harmonics generation
     

Prerequisits:

Experimental Physics I-IV
 

Literature:

  • W. Lange “Laserphysik”
  • Demtröder “Laserspektroskopie”
  • J. Eichler & H.J. Eichler, Springer, „Laser“
  • F.K. Kneubühl /M.W. Sigrist “Laser”
  • D. Meschede “Optik, Licht und Laser”
  • C. Ruilliere, Springer, "Femtosecond laser pulses“

 


Hadron Collider Physics

Dozent: Dr. Christian Weiser
Zeit: 4 st., Mo, Di 10-12
Ort: SR Westbau 2.OG
Beginn: 16.04.2018


Programme:

In this lecture Physics at Hadron Colliders is discussed. The focus lies on the discussion of recent physics measurements performed at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN. They include experimental tests of the Standard Model, Higgs boson physics and searches for extensions of the Standard Model.

The programme consists of:
- Lectures (3h per week: split in 2h every Monday, and 2h every second Tuesday)
- Exercises / tutorials (3 h per week), including computer simulations and analysis of ATLAS physics events

Topics:

  • Accelerators
  • LHC detectors
  • Phenomenology of pp collisions
  • Structure functions, cross sections
  • Particle signatures in LHC experiments
  • Inelastic pp collisions
  • Production of jets, test of perturbative QCD
  • Physics of W and Z bosons
  • The top quark and its properties
  • Search for the Higgs boson, measurements of the properties of the new particle at 126 GeV
  • Search for supersymmetric particles
  • Search for other extensions of the Standard Model


Prerequisits:

Experimental Physics V (Nuclear and Particle Physics)
Particle Physics II (desirable)
 

Literature:

  • 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;
  • J.M. Campbell, J.W. Huston und W.J. Stirling, Hard interactions of quarks and gluons: a primer for LHC physics, Rep. Prog. Phys. 70 (2007) 89-193.

 


Astroparticle Physics

Dozent: Prof. Dr. Marc Schumann
Zeit: 4 st., Mi, Fr 10-12
Ort: Mi SR I, Fr HS II
Übungen: n.V.
Beginn: 18.04.2018


Programme: 

  • The standard model of particle physics
  • Conservation Rules and symmetries
  • The expanding universe
  • Matter, Radiation
  • Dark matter
  • Dark energy
  • Development of structure in the early universe
  • Particle physics in the stars
  • Nature and sources of high energy cosmic particles
  • Gamma ray and neutrino astronomy

 

Prerequisits:

Experimentalphysik V (Kern- und Teilchenphysik)
 

Literature:
tba

 


Physics of Clusters and Nanoparticles

Dozent: apl Prof. Dr. Bernd von Issendorff
Zeit: 4 st., Di, Mi 8-10
Ort: HS II
Übungen: Do 8-10, HS II
Beginn: 17.04.2018


Programme: 

Properties of matter strongly change on the nanoscale, often in quite surprising ways. Very small particles can show completely different optical, magnetic or chemical behavior than the corresponding bulk material. These sometimes spectacular effects can be used to get a deeper insight into the origin of many of such properties, but also have important technological implications, as they open the opportunity to tailor new materials.

In the lecture the whole bandwidth of current research on clusters and nanoparticles will be presented, with an emphasis on state-of-the art experimental methods. In the exercises cluster and nanoparticle related problems will be solved as well as newest publications read and discussed together.

Subjects of the lecture are:

  • General properties of small particles
  • Production of clusters and nanoparticles
  • Geometrical structures of small particles
  • Electronic structure and ultrafast dynamics of small particles
  • Optical properties of metallic and semiconducting nanoparticles
  • Magnetism of small particles
  • Thermodynamics of small systems: phase transitions
  • Exotic quantum phenomena in small particles: superfluidity and superconductivity

 

Prerequisits:

The knowledge of the foundations of quantum mechanics, atomic and molecular physics, as well as solid state physics is helpful. The lecture can serve to deepen or refresh this knowledge.

Literature:

There are not many textbooks about cluster physics.
An older one is: H.Haberland, Clusters of Atoms and Molecules I & II, Springer Series in Chemical Physics, 52 & 56

  


Theory and Modeling of Macromolecules and Complex Fluids

Dozent: Prof. Dr. Joachim Dzubiella
Zeit: Mi, Do 8-11
Ort: SR Westbau 2.OG
Beginn: 18.04.2018

Programme:

  • Statistical Mechanics of interacting systems,
  • interactions,
  • spatial and temporal correlations function,
  • fluids and phase transitions,
  • electrostatically charged fluids,
  • classical density functional theory (brief),
  • interfaces, polymers
     

Aims: Insights into the theoretical physics of simple, classical fluids (colloids, macromolecules, polymers, etc.); Modeling of soft materials
 

Prerequisits:

Basic knowledge in statistical Mechanics
 

Literature:

  • Hansen & McDonald. Theory of Simple Liquids. Academic Press
  • Barrat & Hansen. Basic Concepts for Simple and Complex Liquids. Cambridge University Press

 


Trapping - Cooling - Quantum Control

Dozent: Prof. Dr. Tobias Schätz
Zeit: Do 12-14
Ort: SR GMH
Beginn: 19.04.2018

Preliminary Programme:

There is a (in)famous quote from Erwin Schrödinger from the year 1952: “… it is fair to state that we are not experimenting with single particles any more than we can raise ichtosauria in the zoo.” The reason of his scepticism was not based on a lack of imagination, but on the insight of the consequences that such experiments would reveal. Today, we can build on decades of seminal work permitting to prove the statement wrong and to even allow increasing the size and complexity of atomic ensembles quantum by quantum.

To experimentally study and exploit quantum mechanics we benefit from isolating atoms and ions from the environment, cooling them close to the ground state of motion as well as controlling the electronic degrees of freedom on the level of individual quanta. This lecture is dedicated to derive the established tools required for ensembles of (charged) atoms. It aims to help gaining intuition for basic quantum dynamics and explaining how to create superposition states and entanglement in a deterministic way. The operations are illustrated in applications propelling quantum computation, simulation and quantum metrology (most accurate atomic clocks).

 

Prerequisits:

Experimental Physics IV (Atomic and Molecular Physics)
 

Literature:

tba

 


Quantum Magnetism at the Nano Scale

Dozent: Prof. Dr. Oliver Waldmann
Zeit: Mo 14-16, Fr 12-14
Ort: HS II
Beginn: 16.04.2018
lecture link

Programme:
Quantum magnetism in nanosized systems is at the forefront of modern physics because of the intriguing fundamental questions which have to be addressed and the relevance to future applications. Several experimental realizations of nanosized quantum spin systems have been exploited in the recent past, with molecular nanomagnets and artificially engineered spin structures being two most important ones. The topic also establishes excellent examples to study and understand better the basics and application of quantum mechanics, perfectly building on and enhancing previously acquired knowledge. In this lecture the basics of quantum magnetism in nanosized objects as well as current important research topics will be covered:

  • What is quantum magnetism and why it's hard to reach
  • Overview of conventional magnetism
  • Magnetism in atoms and ions
  • Ligand field theory, spin Hamiltonian
  • Spin clusters and magnetic interactions between spin centers
  • Experimental methods: Magnetisation, EPR, neutron scattering
  • Numerical methods: diagonalization of Hamiltonian matrices
  • Single-molecule magnets and quantum tunneling of the magnetisation
  • Many-body quantum phenomena in nanosized spin clusters
  • Quanteninformation applications

 

Prerequisits:

Experimental Physik, Quantum Mechanics
 

Literature:

  • D. Gatteschi, R. Sessoli, J. Villain, "Molecular Nanomagnets" (Oxfrod University Press)
  • H. Lueken, Magnetochemie (Teubner Studienbücher)
  • Jülich Spring School "Magnetism goes Nano" (available online for free at http://juser.fz-juelich.de/record/44347)
  • N.W. Ashcroft, N.D. Mermin, "Solid State Physics" - google

 


Quantum Transport

Dozent: PD Dr. Michael Walter
Zeit: Fr 14-16
Ort: SR II
Beginn: 20.04.2018
Übung: 14-tägig, 2-st, Di 10-12, CIP I

Programme:

Transport properties are highly relevant for many technological applications like electronics (transport of electrons) or solar cells (separation of positive and negative charge carriers generated by light). In contrast to classical flow or diffusion, quantum properties -- such as the wave nature of a quantum particle, tunneling or the quantization of energy levels -- become relevant on microscopic scales and make quantum transport different from classical transport governed by Newton's equations.

In this lecture, I will present an explicit description of an electronic device at the atomic scale, with the aim to arrive at a single molecule transistor, which is very likely to be the basis of future electronics. The system is completely characterized and the energy levels of contacts and the isolated molecule are known. We develop the formalism to describe the conductance of such a device during the course. On our way we will also touch semi-classical descriptions of transport based on Marcus theory relevant for organic electronics.

Preliminary Program:

  1. Atomistic view of conductance (energy levels, quantum of conductance)
  2. Basis functions and band structure (basis functions, tight-binding, subbands)
  3. Hopping, Marcus description
  4. Density matrix, Green function, spectral functions
  5. Open systems (level broadening, lifetime)
  6. Coherent transport (transmission, Landau-Büttiker formalism)
  7. Non-coherent transport and Ohm's law

 

Prerequisits:

Theoretical Physics III (Quantum mechanics)
 

Literature:

  • S. Datta, Quantum Transport: Atom to Transistor (Cambridge University Press, Cambridge, England, 2005).

 


Quantum Information

Dozent: PD Dr. Thomas Wellens
Zeit: Fr 12-14
Ort: SR GMH
Beginn: 20.04.2018
lecture link

Preliminary Programme:

  1. Basic principles of quantum mechanics
  2. Classical information theory
  3. Entangled states
  4. Quantum teleportation
  5. Quantum cryptography
  6. Quantum computing
  7. Decoherence and quantum error correction

 

Prerequisits:

Theoretical Physics III (Quantum mechanics)
 

Literature:

  • M. A. Nielsen and I. L Chang, Quantum Computation and Information, Cambridge University Press (2000)
  • D. Bruß, Quanteninformation, Fischer Kompakt, Frankfurt (2003)

 


Theory and Modeling of Materials - Superconductivity II (Microscopic Theory)

Dozent: apl. Prof. Dr. Christian Elsässer
Zeit: 2 st., Fr 8-10
Ort: SR I
Übungen: 14-tägig, 2 st., Ort und Zeit n.V.
Beginn: 20.04.2018
 

Program:

(In englischer oder deutscher Sprache nach Vereinbarung.)

The series of one- or two-semester elective-subject lectures introduces theoretical models and computational methods of solid-state physics for the description of many-electron systems, by means of which cohesion and structure, physical, chemical, or mechanical properties of perfect crystals and real materials can be understood qualitatively and calculated quantitatively on a microscopic fundament. 
 

Prerequisits: 

Theoretical physics and solid-state physics on the level of a BSc in Physics
 

Literature:

recommended literature will be announced in each lecture

 


Physics of Nano-Biosystems

Dozent: Prof. Dr. Thorsten Hugel (Inst. of Physical Chemistry)
Zeit: 2 st., Do 13-15
Ort: HS II
Übungen: 1 st, Do 15-16
Beginn: 19.04.2018


Programme: 

  • Fundamental forces in Nano-Biosystems (elastic, viscous, thermal, chemical, entropic, polymerization)
  • Concepts of equilibrium and non-equilibrium systems and measurements
  • Jarzynski equation
  • Linear and rotational molecular motors
  • Molecular details of muscle function
  • Optical and magnetic tweezers, AFM
  • Single molecule force spectroscopy
  • Single molecule fluorescence
  • Concepts of nanotribology and biolubrication

 

Prerequisits:

Basic knowledge of statistics and optics is helpful but not mandatory.

Literature:

  • Jonathon Howard: “Mechanics of Motor Proteins and the Cytoskeleton“ (2005)
  • Phil Nelson: "Biological Physics: Energy, Information, Life" (2003)
  • Rob Philips, Jane Kondev, Julie Theriot, Hernan Garcia: "Physical Biology of the Cell" (2012)
  • Recent journal publications

 

 


Laser-based Spectroscopy and Analytical Methods

Dozent: PD Dr. Frank Kühnemann (Fraunhofer IPM)
Zeit: 2 st., Di 13-16
Ort: SR GMH
Übungen: 1 st
Beginn: 17.04.2018


Programme: 

Lasers did become a powerful tool for measurement applications in areas like industry, medicine, or environment. The current course focuses on the use of tuneable lasers to interrogate the spectral “fingerprints” of gases, liquids and solids for analytical purposes. Typical examples are air quality monitoring or process control in industry.

The lecture block in the first half of the course will give a comprehensive introduction into the following topics

  • Infrared molecular spectra
  • Tuneable lasers
  • Spectroscopic techniques (absorption, photoacoustic spectroscopy, cavity-based methods)
  • Background signals, noise and detection limits

The seminar talks in the second block will focus on the application of differ-ent spectroscopic methods for analytical tasks. At the start of the course, students will choose from a list of provided topics to prepare a talk and a short written summary. The preparation will be supported by topical literature and discussion sessions with the course staff. Duration of the talks will be appr. 30 minutes, followed by a discussion of content and presentation style.

Prerequisits:

Advanced Optics and Lasers (recommended)

Literature:

 


Theoretical Astrophysics: Stellar Structure and Pulsations

Dozent: PD Dr. Markus Roth
Zeit: 2 st., Mi 16-18
Ort: SR I
Tutorials: 2 st. n.V.
Beginn: 18.04.2018
Veranstaltungs link

Programme:

1. Stellar Structure and Evolution

  • Stellar Structure Equations
  • Physics of gas and radiation in stellar interiors
  • Nuclear processes
  • Stellar Models
  • Stellar evolution and life-cycle
  • Supernova, Neutron Stars, Black Holes
     

2. Stellar Pulsations

  • Observations of stellar pulsations
  • Linear adibatic oscillations
  • Magneto-hydrodynamics
  • MHD-Waves (Alfven-waves, slow and fast MHD waves)
  • Helioseismology
  • Asteroseismology

 

Prerequisits:

Introductory knowledge on astronomy and astrophysics
 

Literature:

  • Aerts C. et al., "Asteroseismology", Springer Verlag
  • Prialnik D., "Stellar Structure and Evolution", Cambridge University Press
  • Spruit, H., "Essential magnetohydrodynamics for astrophysics", Lecture Notes

 


Statistics and Numerics / Statistik und Numerik

Dozent: Prof. Dr. Jens Timmer
Zeit: 3 st., Mo 12-14, Di 13-14
Ort: Mo HS I, Di SR I
Übungen: 2 st., Di 14-16, CIP I
Beginn: 16.04.2018
Vorlesungslink

Programme:

  • Random variables
  • Parameter estimation
  • Test theory
  • Solution of systems of linear equations
  • Optimization
  • Non-linear modeling
  • Kernel estimator
  • Integration of ordinary, partial and stochastic differential equations
  • Spectral analysis
  • Markov Chain Monte Carlo procedures

 

Prerequisits:

Basics of Analysis and Linear Algebra

Literature:

  • Press et al. Numerical Recipes, Cambridge University Press
     

Computational Neuroscience: Models of Neurons and Networks

Dozent: Prof. Dr. Stefan Rotter, Prof. Dr. Carsten Mehring
Zeit: 4 st, Di, Fr 14-16
Ort: Bernstein Center Freiburg, Lecture Hall (Hansastrasse 9a, 79104 Freiburg)
Beginn: 
Registration for this course by email to danica.subally@biologie.uni-freiburg.de


Programme:

Mathematical concepts and methods:

  • Basic probability and statistics
  • Linear and nonlinear dynamical systems
  • Phase plane methods
  • Continuous stochastic processes and point processes
  • Graphs and networks, random graphs

 

Models of biological neurons and networks:

  • Hodgkin-Huxley theory of the action potential
  • Stochastic theory of ionic channels
  • Synaptic integration and spike generation
  • Dynamics of spiking networks and population dynamics
  • Primary visual cortex and processing of visual information
  • Models of plasticity, growth and maturation

 

Models of biological learning and control:

  • Reinforcement learning
  • Adaptive Control
  • Bayesian learning
  • Structure learning

 

Literature:

A bibliography and web-links to complementary reading for each course day will be provided along with the slides of the lecture.

 


Simulation of Biological Neuronal Networks

Dozent: Prof. Dr. Stefan Rotter, Prof. Dr. Abigail Morrison
Zeit: 2 st, Block, 1 week (date will be announced)
Ort: Bernstein Center Freiburg, Lecture Hall (Hansastrasse 9a, 79104 Freiburg)
Beginn: t.b.a.
Registration for this course by email to danica.subally@biologie.uni-freiburg.de


Programme:

This course covers the fundamentals of simulating networks of single-compartment spiking neuron models. We start from the concepts of a point neuron and then introduce more complex topics such as phenomenological models of synaptic plasticity, connectivity patterns and network dynamics.

 

Literature:

See http://www.nest-initiative.org/ for some general information and an online tutorial on the BNN simulator NEST.

 


Astronomisches Praktikum

Dozent: Prof. Dr. Wolfgang Schmidt
Zeit: 4 st., Kompaktkurs Ende Juli / Anfang August
Vorbesprechung: X.05.2018, 9:15 Uhr, HS II
Termin: n.V.
Ort: Schauinsland-Observatorium des KIS
Maximale Teilnehmerzahl: 8
Veranstaltungs link

Programm:

Das Astronomische Praktikum findet als Kompaktkurs statt, zu Beginn der vorlesungsfreien Zeit. Alle Versuche werden im Observation Schauinsland des KIS durchgeführt.
Das Programm umfasst

  • Bestimmung der Magnetfeldstärke in Sonnenflecken
  • Messung der Sonnenrotationsgeschwindigkeit
  • Bildrekonstruktionsverfahren
  • Photometrie von Sternhaufen
  • Einführung in die digitale Datenverarbeitung

 

Die Anleitungen sind auf der Vorlesungsseite des KIS abrufbar.
 

Vorkenntnisse:

Vorlesung "Einführung in die Astrophysik"
 

Einführende Literatur:

  

 


Term Paper: From (Particle) Physics to Experiments and Detectors

Dozenten: Prof. Dr. Marc Schumann, Dr. Christian Weiser
Zeit: 2 st, Fr 14-16
Ort: Seminar room, Highrise 6.OG

Programme:

Dedicated experiments with sophisticated detector systems are required to shed light on important and challenging questions in particle physics. Starting from the scientific motivation, the basis for every project, we will look at famous experiments and how their detetector design was optimized for the physics question. The list of possible topics is almost endless and includes searches for the Higgs Particle, Supersymmetry, CP-Violation in B-Mesons, Lepton Flavor Violation, Dark Matter, Neutrinoless Double Beta Decay, Proton Decay, the Top Quark as well as measurements of Neutrino Oscillations, Neutrino Masses, Parton Distribution Functions, the Fermi Constant, the Cosmic Ray Spectrum, Quark Gluon Plasma, Gravitational Waves etc.

 


Term Paper: tba

Dozenten: apl Prof. Dr. Bernd von Issendorff


Programme:

 

 


Term Paper: Interpretations of Quantum Mechanics

Dozenten: apl Prof. Dr. Heinz-Peter Breuer
Zeit: 2 st, Fr 10-12
Ort: SR GMH
ILIAS Link

Programme:

 

 


Term Paper: Particle Phenomenology at the LHC

Dozenten: Prof. Dr. Fernando Febres Cordero
Zeit: 2 st
Ort:

Programme:

The physics program at the Large Hadron Collider (LHC) in CERN, Geneva, has been highly successful in increasing our understanding of fundamental particle's interactions at the TeV scale. A key achievement has been the discovery of the Higgs boson and the subsequent characterization of its properties. We will review key aspects of the phenomenology of particle physics at high energies including reviews of the Standard Model of particle physics, ideas about new physics and details of the experiments at the LHC.

Specifications: See page 16 (among other) of the file Modulhandbuch_MSc_010516.pdf

Participation consist of an oral presentation of about 40 minutes followed by a discussion, accompanied by a report.

Students should attend all sessions. Seminar talks will start during the week of 14.5 till 18.5

 

Tentative list of topics:

1) Phenomenology of hadron colliders

2) An introduction to QCD

3) The electroweak sector and the Higgs mechanism

4) Computing quantum corrections for hadronic observables

5) Characterizing the Higgs boson

6) Parton distribution functions

7) The shortcomings of the SM

8) BSM.1: SUSY

9) BSM.2: Axions

10) Phenomenology of the two Higgs doublet model

 

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