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Kommentare Sommersemester 2024

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

Mathematik I für Studierende der Physik

Dozent: apl Prof. Dr. Heinz-Peter Breuer
Zeit: 4 st., Mo 12-14, Mi 10-12
Ort: HS I
9 ECTS
Beginn: 15.04.2024
ILIAS


Programm:

  • Topologien im Rn
  • Ableitung (mehrkomponentiger) Funktionen, auch in mehreren Variablen, Ableitungsregeln
  • Taylor-Entwicklung
  • Gewöhnliche Differentialgleichungen
  • Koordinatensysteme, speziell Polar-, Zylinder- und Kugelkoordinaten
  • Integration (mehrkomponentig), Wegintegration, Flächen- und Volumenintegration, Gauß‘scher und Stokes’scher Satz
  • Symmetrische Bilinearformen: Orthogonalbasen, Sylvester'scher Trägheitssatz
  • Euklidische und Hermitesche Vektorräume: Skalarprodukte, Kreuzprodukt, Gram'sche Determinante
  • Gram-Schmidt-Verfahren, orthogonale Transformationen, (selbst-) adjungierte Abbildungen, Spektralsatz, Hauptachsentransformation
  • Affine Räume
  • Fourier Analyse
  • Distributionen

 

Vorkenntnisse:

Inhalte der Grundvorlesungen Analysis I und Lineare Algebra I
 

Einführende Literatur:

 


Experimentalphysik II (Elektromagnetismus und Optik)

Dozent: Prof. Dr. Oliver Waldmann
Zeit: 4 st., Di, Do 10-12,
Ort: Großer HS
Fragestunde: Mi 12-14, HS I
8 ECTS
Beginn: 16.04.2024
ILIAS

 

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., Mi, Fr 10-12
Ort: Großer HS
7 ECTS
Beginn: 17.04.2024
ILIAS


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. Stefan Dittmaier
Zeit: 4 st., Mo 10-12, Do 12-14
Ort: HS I
9 ECTS
Beginn: 15.04.2024
ILIAS
 

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., Di, Do 10-12
Ort: HS I
8 ECTS
Beginn: 16.04.2024
ILIAS


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

 


Experimentelle Methoden

Dozent: Prof. Dr. Karl Jakobs
Zeit: 2 st., Mi 8-10
Ort: HS I
Beginn: 17.04.2024
ILIAS


Programm:

  • Statistische Methoden der Datenanalyse
  • Computergestützte Datenanalyse
  • 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: Epistemologische Probleme der Komplexitätswende

Dozenten: Prof. Dr. Tanja Schilling, Dr. Arantzazu Saratxaga (FRIAS)
Zeit: 2 st,
Ort:
4 ECTS
Beginn:

Themen:

 


Seminar Physik: Einführung in Maschinelles Lernen

Dozenten: Dr. Michael Böhler
Zeit: 2 st, Fr 14-16, SR II/III
4 ECTS

Themen (vorläufig):

  • Lineare Regression, Übertraining, RIDGE- und LASSO-Regularisierung
  • Logistische Regression und Minimierungsalgorithmen (SDG, ADAM,..)
  • Lineare/Quadratische Diskriminantenanalyse und Vergleich zu Log. Regression
  • Einführung in Trees, Ensemblemethoden, Boosted Decision Trees und Ada-Boost
  • Boosted Regression Trees und Gradient Boost
  • Random Regression Forrests und Grid/Random-Suche für Hyperparameter
  • Random Decision Forrests und k-fache Kreuzvalidierung
  • Einführung in Neuronale Netzwerke (NN), Klassifizierungs-NN, Aktivierungfunktionen, Verlustfunktion
  • Regressions-NN , Unterschiede zu Klassifizierungsnetzwerken, Regularisierung mit EarlyStopping
  • Klassifizierungsnetzwerke und Regularisierung mit Dropout
  • Regressionsnetzwerke und Regularisierung mit L2-Norm
  • Convolutional Networks, Bilderkennung

 


Seminar Physik: Auf welche Wahrheiten können wir bauen? Physik und Theologie im Gespräch / Which truths can we build upon? Physics and Theology in discourse

Dozenten: Prof. Dr. Andreas Buchleitner, Prof. Dr. Helmut Hoping, Dr. Matthias Huber, Prof. Dr. Magnus Striet
Zeit: 2 st, Do 16-18, SR Bibliothek Physik
Ort:
4 ECTS
Beginn:

Das Seminar ist für B.Sc. und M.Sc. geöffnet. Die Vorträge werden in deutscher und englischer Sprache gehalten.

Themen:

 


Einführung in Mathematica

Dozent: Dr. Robin Brüser
Zeit: 2 st., Mo, Mi 14-16
Ort: CIP II
Übungen: 1 st., an einem der beiden Termine 14-tgl
5 ECTS
Beginn: 15.04.2024

Programm:

Wolfram Mathematica ist eine leistungsstarke höhere Programmiersprache, die aktiv in der aktuellen Forschung verwendet wird. Sie verfügt über umfassende Funktionalität im Bereich von symbolischen sowie numerischen Berechnungen. Der Fokus der Vorlesung liegt auf dem Lösen von physikalischen Problemstellungen mit Hilfe von Mathematica. Die Vorlesung gliedert sich grob in zwei Teile.

Im ersten Teil wird das Mathematica Notebook Interface und häufig genutzte Funkionen vorgestellt:

  • Eingabe von Ausdrücken in das interaktive Notebook
  • Algebraische Manipulationen (z.B. Faktorisierung)
  • Differentiation, Integration, Reihenentwicklung
  • Lineare Algebra - Plotten
  • Differentialgleichungen


Der zweite Teil behandelt mehr den Aspekt von Mathematica als höhere Programmiersprache:

  • Prozedurale Programmierung (Schleifen, Bedingungen, …)
  • Listen, Associations,
  • Strukturerkennung (pattern matching)
  • Funktionale Programmierung

 

Vorkenntnisse:

Theoretische Physik I und II. Die Theoretische Physik III sollte erfolgreich bestanden sein oder im selben Semester gehört werden.
 

Einführende Literatur:

 


Thermodynamik mit astrophysikalischen Anwendungen

Dozent: Prof. Dr. Antonio Ferriz-Mas (Universidad de Vigo)
Zeit: Mo 14-16, Mi 12-14, 3 st.
Ort: SR II/III
Übungen: Do oder Fr 12-14, SR II/III
7 ECTS
Beginn: Mo 06.05.2024
Vorlesungs-Programm (pdf)

Programm:

Die Thermodynamik gehört zu den Grundlagen der Physik, aber die klassische Thermodynamik empfinden viele als altmodisch und ist damit nicht gerade ein attraktives Thema für viele Physikstudenten. In meiner Vorlesung werde ich versuchen, das Fach interessanter darzustellen als in den meisten Thermodynamik-Büchern. Ich werde die Grundlagen der Thermodynamik anhand von Beispielen aus der stellaren Astrophysik veranschaulichen, anstatt anhand von langweiligen Experimenten im Chemielabor.
 

Teil I. Grundkonzepte und Grundgleichungen der Thermodynamik

  1. Einführung
  2. Erster und zweiter Hauptsätze für homogene Prozesse
  3. Thermodynamische Potentiale und "Zustandsgleichungen"
  4. Spezifische Wärmen und andere Materialkoeffizienten
  5. Konstitutive Beziehungen (I): Ideale Gase
  6. Konstitutive Beziehungen (II): Schwarzkörperstrahlung und Mischung aus idealem Gas und Schwarzkörperstrahlung
  7. Stabilität und Phasenübergänge
     

Teil II. Anwendungen

  1. Anwendungen der Thermodynamik auf die Atmosphäre
  2. Thermodynamik selbstgravitierender Massen (I): Hydrostatik und eine Einführung in den Sternaufbau
  3. Thermodynamik selbstgravitierender Massen (II): Eine Einführung in den Gravitationskollaps und die Sternentstehung

 

Vorkenntnisse:

Gute Vorkenntnisse in Differential- und Integralrechnung (z.B. Gauß'scher Integralsatz) sind erforderlich für Teil II. Es wird von der Legendre-Transformation Gebrauch gemacht, die in der klassischen Mechanik vorkommt (z.B. in der Verbindung zwischen der Hamilton'schen und der Lagrange'schen Darstellungen der Mechanik); sie ist unentbehrlich, um die thermodynamischen Potentiale zu verstehen. Die Studenten sollten mindestens eine Vorlesung in klassischer Mechanik gehört haben (Theoretische Physik I).

 


Einführung in die Moderne Digitalelektronik

Dozent: apl. Prof. Dr. Horst Fischer
Zeit: 2 st., Mo-Fr 10-12
Ort: SR I
Übungen: Mo-Fr 14-17, CIP Pool II
7 ECTS
Blockkurs: 22.07.-02.08.2024

Programm:

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)

 


Vorkurs Einführung in Programmieren mit Python

Dozent: Dr. Michael Böhler
Zeit: Blockveranstaltung ganztägig, Vorlesungsbeginn: Mi 10.04 - Fr. 12.04.2024
Vorlesung: täglich 9-12
Übungen: nachmittags 13-16
Ort: SR II/III
Beginn: 10.04.2024
ILIAS
 

Der Vorkurs findet unter Einhaltung der Hygiene- und Abstandsregelungen in Präsenz im Hörsaal I der Physik statt. Der Kurs ist ganztägig und besteht aus Vorlesung und Programmierübungen.

Registrieren Sie sich bitte für den Kurs auf https://ilias.uni-freiburg.de/goto.php?target=crs_3384079&client_id=unifreiburg ("Vorkurs Einführung in Programmieren mit Python des Physikalischen Instituts").


Programm:

Vermittlung von Programmiergrundkenntnisse:
Grundideen der Softwareentwicklung, Variablen, Funktionen, Schleifen, einfache Datentypen (Strings, Tuples, Listen, Dictionaries), Umgang mit Dateien, Modulen, Exceptions und Grundlagen der Objektorientierten Programmierung

 

Vorkenntnisse:

keine
 

Einführende Literatur:

 


Sonnenobservatorium und Astrophysik auf dem Schauinsland - Exkursion im Physik Lehramtsstudium

Dozenten:
Dr. Andreas Härtel (andreas.haertel@physik.uni-freiburg.de),
Dr. Rolf Schlichenmaier (schliche@leibniz-kis.de)


Termin: (*) 31.5. auf 1.6. oder 14.6. auf 15.6. oder 12.7. auf 13.7.
(*) Die Exkursion findet am ersten der drei Termine statt, an welchem das Wetter geeignet ist.
Ort: Observatorium Schauinsland
ILIAS
 

Wir treffen uns am Freitag um 15 Uhr am Sonnenobservatorium auf dem Schauinsland. Nach einer Einführung Nutzen wir Spektrographen und Teleskope zum Studium unserer Sonne und in der Nacht zur Beobachtung entfernter Sterne und Galaxien. Die Veranstaltung endet am Samstag Vormittag.

  • Beobachtung von Sonnensprektrum und -flecken
  • Spektroskopie von Doppelsternen
  • Beobachtung von Nebeln und Galaxien
  • Austausch und Grillen unter den Sternen

 


Kompakte Fortgeschrittene Theoretische Physik

Dozent: apl. Prof. Dr. Thomas Filk
Zeit: 4 st., Di, Do 14-16
Ort: SR I
7 ECTS
Beginn: 16.04.2024
ILIAS
 

Programm:

Diese Vorlesung gehört für Studierende im polyvalenten 2-HF-Bachelor zu den Pflichtveranstaltungen. Abweichend von der Prüfungsordnung wird die Teilnahme im 4. Fachsemester empfohlen, sofern die Theoretische Physik I und II erfolgreich absolviert wurden. Der inhaltliche Schwerpunkt dieser Vorlesung liegt auf der Quantenmechanik, allerdings bezieht sich ein Teil des Inhalts auch auf die Theoretische Thermodynamik und die Statistische Mechanik. Soweit es im Rahmen dieser Vorlesung möglich ist, wird bezüglich der Themenauswahl auf die Bedürfnisse der zukünftigen Lehrkräfte eingegangen. Außerdem werden an entsprechenden Stellen mögliche Elementarisierungen aufgezeigt, die sich für den Schulunterricht anbieten. Nach der aktuellen Prüfungsordnung findet am Ende der Vorlesung eine Klausur statt, die benotet wird und als Prüfungsleistung zählt. Parallel zur Vorlesung finden Übungen statt, deren Teilnahme dringend empfohlen wird. Außerdem sollten rund 50 Prozent der Hausaufgaben richtig bearbeitet sein.
 

Vorkenntnisse:

Theoretische Physik I und II
 

Literatur:

  • "Quantenmechanik (nicht nur) für Lehramtsstudierende", T. Filk, Springer-Verlag 2019; als E-Book für Mitglieder der Universität Freiburg frei erhältlich

 


Ausgewählte Kapitel der modernen Physik

Dozent: apl. Prof. Dr. Thomas Filk
Zeit: 2 st., Do 16-18
Ort: HS II
Übungen: 2 st. n.V.
5 ECTS
Beginn: 18.04.2024
ILIAS


Programm:

Diese Vorlesung richtet sich in erster Linie an Lehramtsstudierende der Physik. Sie kann als Wahlpflichtvorlesung im Master of Education gehört werden oder auch im Bachelor als Spezialvorlesung, falls Mathematik das zweite Hauptfach ist. Inhaltlich deckt diese Vorlesung einige Themen ab, die im normalen Curriculum nicht oder nur am Rande behandelt werden, die aber für zukünftige Lehrer*Innen relevant sind, entweder weil sie im Rahmenlehrplan der Oberstufe vorgesehen sind oder aber zur Motivation der Schüler*Innen beitragen können.
Programm (Auswahl):

  • Standardmodell der Kosmologie
  • elementare Einführung in die Allgemeine Relativitätstheorie
  • elementare Einführung in die Astrophysik
  • Halbleiter und Photovoltaik, etc.
  • Bildgebende Verfahren in der Medizin
  • Physik des Klimas

 

Vorkenntnisse:

Man sollte die Exp I-III sowie die Theo I und II erfolgreich gehört haben. Begleittexte zur Vorlesung findet man auf der Webseite der Physikdidaktik: www.physikdidaktik.uni-freiburg.de/kurztexte/

 


Fachdidaktik 2: Diagnostizieren und Fördern im sprachsensiblen Physikunterricht

Dozent: JProf. Dr. Martin Schwichow, Nadja Wulff
(Veranstaltung der Pädagogischen Hochschule)
Zeit: Mo 14:15-15:45
Ort: Pädagogische Hochschule KG 3-111
Beginn: 15.04.2024
Link-LSF PH
 

Um sich anzumelden, erscheinen Sie bitte persönlich zur ersten Sitzung am 17.04.2023. Um an dem Kurs teilzunehmen und auf das PH ILIAS zuzugreifen, benötigen Sie einen PH Account. Bitte beantragen Sie den Account rechtzeitig vor Semesterbeginn. Hier wird beschrieben, wie sie diesen beantragen können:
https://www.face-freiburg.de/studium-lehre/im-studium/uni-lv-finden/

Die Veranstaltung wird nur im Sommersemester angeboten. Studierende, welche noch nicht die Veranstaltung Fachdidaktik 1 besucht haben, können trotzdem an dieser Veranstaltung teilnehmen.

 


Fachdidaktik der Physik der Kursstufe (Didaktik der Modernen Physik)

Dozent: Dr. Jens Wilbers (Pädagogische Hochschule)
(Veranstaltung der Pädagogischen Hochschule)
Zeit: Mo 12:00-13:30
Ort: PH KG 3-111
Beginn: 15.04.2024

Dieses Seminar richtet sich an Studierende im M.Ed.

Am Montag, den x.04.2024, findet von 12:15 Uhr bis 13:30 Uhr eine verpflichtende Vorbesprechung in Raum 111 des KG 3 der PH Freiburg statt.

Für die Teilnahme an der Lehrveranstaltung ist es unbedingt erforderlich, dass Sie 1) einen PH-Account beantragen und 2) bis zum Beginn des Semesters dem ILIAS-Kurs „PHY 630 Didaktik der Modernen Physik/Didaktik der Kursstufe“ für die Veranstaltung beitreten. Um dem Kurs beizutreten, müssen Sie sich mit Ihrem PH-Account in das PH-ILIAS einloggen und dort die Aufnahme beantragen. Falls Sie noch keinen PH-Account besitzen, müssen Sie diesen über HISinOne beantragen. Eine Anleitung hierzu finden Sie unter folgendem Link: https://www.face-freiburg.de/studium-lehre/im-studium/uni-lv-finden/. Bitte beantragen Sie den PH-Account zeitnah, da das Verfahren einige Tage dauern kann und der Account für die erfolgreiche Teilnahme an der Veranstaltung unabdingbar ist.

Bei Fragen zur Veranstaltung wenden Sie sich bitte an Herrn Dr. Wilbers jens.wilbers@ph-freiburg.de .

 


Theoretical Condensed Matter Physics

Lecturer: Prof. Dr. Joachim Dzubiella
Time: 4 + 2 st., Mi 12-14, Do 10-12
Room: HS II
Tutorials: n.V.
9 ECTS
Start: 17.04.2024
ILIAS

Program:

  • Interactions and phase transitions
  • Structure of solids and liquids
  • Density Functional Theory
  • Soft and charged condensed Matter
  • Linear response theory

 

Prerequisits:

Theoretical Physics I-IV
 

Literature:

  • C. Kittel, "Introduction to Solid State Physics"
  • J.P. Hansen, I.R. McDonald, "Theory of Simple Liquids"
  • P. Chaikin, T. Lubensky, "Principles of Condensed Matter Physics"

 


Complex Quantum Systems

Lecturer: Prof. Dr. Michael Thoss
Time: 4 + 2 st., Di 10-12, Do 14-16
Room: SR I
Tutorials: Mi 14-16, HS II
9 ECTS
Start: 16.04.2024

Program:

  • Quantum mechanical principles
  • Density operator formulation
  • Dynamics of quantum systems
  • Composite quantum systems
  • Open quantum systems
  • Quantum transport

 

Prerequisites: Advanced Quantum Mechanics

Literature:

  • H.-P. Breuer and F. Petruccione, "The Theory of Open Quantum Systems"
  • U. Weiss, "Quantum Dissipative Systems"
  • E. Fick, G. Sauermann, "The Quantum Statistics of Dynamic Processes"
  • J. Audretsch, "Entangled Systems"
  • D.J. Tannor, "Introduction to Quantum Mechanics: A Time-Dependent Perspective"
  • H. Kleinert, "Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets"
  • M. Di Ventra, "Electrical Transport in Nanoscale Systems"

 


Introduction to Relativistic Quantum Field Theory

Lecturer: Prof. Dr. Heidi Rzehak
Time: 4 st., Di 12-14, Mi 10-12
Room: HS II
Tutorials: Do 10-12, SR II/III
Start: 16.04.2024
ILIAS

Program:

  • 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"
  • Tung: "Group Theory in Physics"
  • Weinberg: "The Quantum Theory of Fields, Vol.1: Foundations"
  • Tung: "Group Theory in Physics"
  • Ramond: "Field Theory: a Modern Primer"
  • Tung: "Group Theory in Physics"
  • Schwartz: "Quantum Field Theory and the Standard Model"

 


Computational Physics: Materials Science

Lecturer: Prof. Dr. Michael Moseler
Time: 4 h, Di, Do 10-12
Room: SR Westbau 2.OG
Tutorials: 2 h, n.V.
9 ECTS
Start:
ILIAS

Program:

Application of computational simulation methods can help to discover or design new materials and investigate (microscopic) structure- (macroscopic) property relationships of a wide range of materials classes, such as metals, composites, nanostructures, electrolyte solvents, as well as polymers, surfactants, or colloidal dispersions. This course will introduce basic statistical concepts as well as programming and simulations techniques with particular focus on methods based on classical Hamiltonians spanning orders of length and time scales, such as Molecular Dynamics and coarse-grained Brownian Dynamics simulations. The students will become familiar with some examples for the different types of interatomic and coarse-grained potentials: e.g., Lennard-Jones, (screened) Coulomb, Hamaker, etc., as well as bonded potentials for molecules and polymers. The course will consist of lectures and hands-on programming exercises and small projects, simulating mostly (interacting) fluids and molecules, using own written code.

Criteria for passing:

For successfully qualifying for the Studienleistung (SL), students must complete, at least an average of 50% of the exercises and attend the tutorials regularly and actively (including the presentation of results). The Prüfungsleistung (PL) consists of a final project or a written exam.


Prerequisits:

Basic knowledge in programming (Python, C/C++) as well as statistical mechanics and thermodynamics.


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. 3rd edition (2017)

 


Advanced Optics and Lasers

Lecturer: apl. Prof. Dr. Bernd von Issendorff
Time: 4 + 2 st., Mi 10-12, Do 8-10
Room: SR GMH
9 ECTS
Start: 17.04.2024
ILIAS


Program:

In this course, we will discuss the principles of lasers and their application. We will start with the fundamentals of light-matter interaction and the basic principles of lasers. We will continue with a discussion of various laser types, ranging from narrow-bandwidth continuous wave lasers used for high-resolution spectroscopy, to ultrashort-pulsed lasers used to study nonlinear physics and light-induced dynamics on the nano- to femtosecond timescale. We will then discuss nonlinear optical phenomena such as nonlinear wavelength mixing, parametric conversion and their application in modern laser systems. Eventually, we will have an outlook on very recent laser developments. Examples are high harmonic generation, Free Electron Lasers or frequency combs.

The lecture will focus on experimental and some basic theoretical principles. The tutorials include problem sheets as well as practical exercises on different laser systems in our lab.
 

Summary of topics:

  • Light-matter interaction
  • Coherence and interference
  • The laser principle
  • Optical resonators
  • Gaussian beam optics
  • Ultra-short laser pulses
  • Nonlinear optics and parametric amplification
  • Recent laser developments

 

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“

 


Condensed Matter II: Interfaces and Nanostructures

Dozent: Prof. Dr. Günter Reiter
Zeit: 4 st., Do, Fr 8-10
Ort: HS II
9 ECTS
Start: 18.04.2024
ILIAS


Program:

The students should get an overview over phenomena which only appear on surfaces and interfaces (e.g. how to make water running uphill?). The course deals with special structural and electronic properties of liquid and solid surfaces as well as their relevance in many fields of modern material science and nanotechnology.
Surfaces between solids and liquids can be found in most of the physical, chemical, biological and geological systems, as well as in many technological processes. Although the number of atoms or molecules at these surfaces is comparatively small, this "minority" can often dominate or even control the behavior of large (macroscopic) systems.

Topics:

  • General description of interfaces: Thermodynamics and kinetics
  • Interaction forces at interfaces: Short- and long range forces, ...
  • Liquids and liquid interfaces: Droplets, bubbles, waves, "liquid beads"
  • Solid-liquid interfaces: Hydrodynamics, capillarity, wetting, ...
  • Structure of solid surfaces: Electronic processes at surfaces
  • Surface processes: Adsorption/desorption, phase transitions
  • Making of well defined solid surfaces: Surface reconstruction, surface transport, ...
  • Growth- and decay: Epitaxy, nucleation, lattice mismatches, mechanical stress
  • Organic layers and nanostructures on surfaces: Directed stucturing of surfaces at nm-scale


Prerequisits:

Experimentalphysik IV (Condensed Matter)
 

Literature:

  • Intermolecular and Surface Forces, With Applications to Colloidal and Biological Systems, Jacob Israelachvili, Academic Press 1995 bzw. Elsevier 2008
  • "Capillarity and Wetting Phenomena: Drops, Bubbles, Pearls, Waves" von P.-G. de Gennes, F. Brochard-Wyart und D. Quéré, Springer, New York, 2004
  • John A. Venables, Lecture notes on Surfaces and Thin Films
  • I. Markov, Crystal Growth for Beginners, World Scientific

 


Hadron Collider Physics

Lecturer: Prof. Dr. Karl Jakobs, Dr. Valerie Lang
Time: 4 st., Mo, Di 10-12
Room: SR GMH
Tutorials: fr 13-15, CIP II
9 ECTS
Start: 15.04.2024
ILIAS


Program:

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 Program consists of:
- Lectures (4h per week)
- Exercises / tutorials (2 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

Lecturer: Prof. Dr. Marc Schumann
Time: 4 st., Do, Fr 10-12
Room: SR I
9 ECTS
Start: 18.04.2024


Program: 

  • 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

 


Quantum Information Theory

Dozent: Dr. Gabriel Dufour, Prof. Dr. Andreas Buchleitner
Time: 4 st. Mo, Fr 10-12
Room: HS II
Tutorials: Di 16-18, HS Hermann-Herder-Str. 5
9 ECTS
Start: 15.04.2024


Program:

Certain information processing tasks can be performed more efficiently with quantum mechanical than with classical systems. Famous examples are Shor's quantum algorithm for factoring large integer numbers and quantum cryptography enabling secure communication between two parties. In this lecture, we will introduce fundamental concepts of quantum information theory (e.g. entangled states and quantum correlations) and discuss possible applications such as quantum teleportation or quantum computing.

  1. Foundations of quantum information theory
    (Quantum state space, qubits, composite systems, tensor product, correlations and entanglement, quantum entropies)
     
  2. Quantum cryptography
    (Quantum key distribution, BB84 protocol)
     
  3. Quantum computation
    (Quantum gates, quantum circuit model, universal quantum gates, quantum algorithms: Shor, Grover)
     
  4. Physical realizations
    (Trapped ions, cavities, NMR, squids, spintronics)
     
  5. Quantum error correction
    (Quantum noise, quantum operations, quantum error correction, fault-tolerant quantum computation)

 

Prerequisits:

Theoretical Physics I-IV (B.Sc. Physik)
 

Literature:

 


Quantum Hardware

Dozent: Prof. Dr. Tobias Schaetz
Zeit: 4 st., Mo, Mi 14-16
Ort: SR GMH
Übungen: n.V.
9 ECTS
Beginn: 15.04.2024
ILIAS


Program:

  • Introduction (qubit concept; entanglement)
  • Quantum platforms: photons, cold atoms, ions, spins, SQUID
  • Quantum sensing
  • Potential applications: quantum computing; quantum simulations; cryptography

 

Prerequisits:

Experimental Physics I-IV (B.Sc. Physik)
 

Literature:

 

 


Simulating the Physical World

Lecturer: Prof. Dr. Gerhard Stock
Time: 4 + 2 st., Mo, Mi 10-12
Room: SR I
Start: 15.04.2024
Exercises (Computer Lab): 2 st., n.V.
Lecture link
 

Synopsis:

Recent advances in theoretical and computational sciences have made it possible to achieve a "first principles" description of complex phenomena, such as the dynamical properties of materials and the functional motion of biomolecules. To this end, the lecture aims to provide an introduction into basic computational strategies such as molecular dynamics and Monte-Carlo simulations. The lessons are accompanied by computer exercises, which provide an hands-on experience of the topics.

 

Preliminary Program:

I. Introduction

  • First principles description
  • From quantum to classical mechanics
  • Statistical description and probability
  • Statistical mechanics in a nutshell
  • Emergent complexity of dynamics
     

II. Simulation Approach

  • Probability distributions and averages
  • Monte-Carlo method
  • Molecular dynamics simulations
  • Sampling problem
  • The force field
  • Time-dependent phenomena
  • Analysis techniques
     

III. Applications

  • The miracles of liquid water
  • Folding and functioning of proteins
  • Drugs at work
  • TBC

 

Literature:

  • H.J.C. Berendsen: Simulating the Physical World
  • D. Frenkel, B. Smit: Understanding Molecular Simulation

 


Multi-junction solar cell technology and concentrator photovolatic

Dozent: Prof. Dr. Andreas Bett
Zeit: 2 st., Mo 14-16
Ort: SR I
3 ECTS
Beginn: 15.04.2024
ILIAS

Programme:

  • multi-junction solar cell approach to increase the sunlight conversion efficiency, different solar cell architectures/li>
  • introduction III-V materials, adjustment of band-gap, growth techniques/li>
  • methods for charaterisation of III-V materials and multi-junction solar cells/li>
  • PV concentrator technology: low and high concentration/li>
  • componentes of CPV systems: optics, cells, manufacturing/li>
  • CPV system analysis including an economical evalution

 

Preliminaries/Previous knowledge:

 

Literature:

  • "Solar Cells and Their Applications", L. Fraas, L.Partain, Wiley, 2010;
  • "Advanced Concetps in Photovoltaics", AJ Nozik, G. Conibeer, MC Beard, Royal Society of Chemistry, 2014;
  • "Next Generation Photovoltaics", AB Cristobal Lopez, A. Marti Vega, A. Luque Lopez, Springer Series in Optical Sciences 165, 2012,
  • "Concentrator Phtovoltaics", A Luque, V. Andreev, Springer Verlag, Series in Optical Sciences, 2011

 

 


Statistik und Numerik

Dozent: Prof. Dr. Jens Timmer
Zeit: 3 st., Di 12-14, Do 14-15
Ort: Di SR I, Do SR II/III
Übungen: 2 st., CIP I, Mi 14-16
Beginn: 16.04.2024
ILIAS
Vorlesungslink

Programm:

  • Zufallsvariablen
  • Parameterschätzung
  • Testtheorie
  • Modellselektion
  • Lösung linearer Gleichungssysteme
  • Optimierung
  • Nichtlineare Modellierung
  • Kernschätzer
  • Integration von Differentialgleichungen
  • Spektralanalyse
  • Markov Chain Monte Carlo Verfahren

 

Prerequisits:

Grundlagen der Analysis und Linearen Algebra

Literatur:

Press et al. Numerical Recipes, Cambridge University Press

  


Numerical recipes for physicists

Dozent: JProf. Dr. Stefan Vogl
Zeit: 3 st., Mo 12-14
Ort: SR I
Übungen: Do 16-18, CIP II
Beginn: 15.04.2024
5 ECTS
Course-Link

Programme:

Only highly idealized problems can be solved analytically. The solution to all realistic problems rely on numerical methods and their implementation on a computer. This course introduces some of the most important numerical methods and their application in physics.

  • Errors and uncertainties
  • Integration
  • Differentiation
  • Root finding
  • Ordinary differential equations
  • Partial differential equations

 

Preliminaries/Previous knowledge:

None beyond the requirements for the Master’s program in Physics, basic programming skills and interest in problem solving with a computer helpful
 

Literature:

  • R. Landau: "Computational physics", Wiley-VCH, 2007

 


Quantum Transport

Dozent:PD Dr. Michael Walter
Zeit: Fr 14-16
Ort: SR GMH
Beginn: 19.04.2024
Übung: 14-tägig, 2-st

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.

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).

 


Theory and Modeling of Materials: Physics of Hydrogen in Metals

Lecturer: apl Prof. Dr. Christian Elsässer
Time: 2 + 1 st., Fr 8-10
Room: SR I
5 ECTS
Start: 19.04.2024
Exercises: approx. bi-weekly 2 hours on appointment

ECTS points: 3 (three) for succesful participation in lectures only; 3+2 (five) for attendance of lectures, participation in exercises, and final oral exam.
 

Program:

Hydrogen is one of the renewable energy carriers for a sustainable future energy economy without fossil fuels. Materials issues concerning safety, reliability and durability need to be considered in the construction of components and the operation of facilities for the production, transport, storage, and exploitation of the energy carrier hydrogen.

This course introduces into models and methods of theoretical metal physics to describe and understand effects of hydrogen on thermodynamic, structural and mechanical properties of metals.

  • Motivation: Hydrogen technologies
  • Metal-Hydrogen systems: Phase Diagrams
  • Atomistic states of Hydrogen interstitials
  • Diffusion of light particles in crystal structures
  • Electronic structures of metal hydrides
  • Mechanical properties: Hydrogen embrittlement

 

Prerequisites:

B.Sc. Courses in Theoretical Physics


Literature:

  • R. Neugebauer (Ed.), Wasserstofftechnologien / Hydrogen Technologies, Springer (2022)
  • Y. Fukai, The Metal-Hydrogen System, Springer (2004)
  • M. Nagumo, Fundamentals of Hydrogen Embrittlement, Springer (2016)
  • V. G. Gavriljuk, V. M. Shyvaniuk, S. M. Teus, Hydrogen in Engineering Metallic Materials: From Atomic-Level Interactions to Mechanical Properties, Springer (2022)
  • G. Alefeld, J. Völkl (Eds.), Hydrogen in Metals I and II, Springer (1978)
  • L. Schlapbach (Ed.), Hydrogen in Intermetallic Compounds I and II (1988 and 1992)
  • H. Wipf (Ed.), Hydrogen in Metals III, Springer (1997)
  • S. Lynch, Hydrogen embrittlement phenomena and mechanisms, Corrosion Review 30 (2012) 105-123.
  • O. Barrera et al., Understanding and mitigating hydrogen embrittlement of steels, Journal of Materials Science 53 (2018) 6251-6290
  • X. Li et al., Review of Hydrogen Embrittlement in Metals, Acta Metallurgica Sinica (English Letters) 33 (2020) 759-773.

 


Cellular Self-Organization and Molecular Machines

Dozent: Prof. Dr. Thorsten Hugel (Inst. of Physical Chemistry), Dr. Thomas Pfohl
Zeit: 2 + 1 st., Fr 10-12
Ort: SR GMH
Übungen: Do 8-9, SR GMH
5 ECTS
Beginn: 19.04.2024
ILIAS


Program: 

  • 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 + 1 st., Di 14-17
Ort: SR GMH
5 ECTS
Beginn: 16.04.2024


Program: 

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 different 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: Physics of Sun and Stars

Lecturer: Dr. Petri Käpylä, Dr. Ivan Milic (Inst. für Sonnenphysik, KIS)
Time: 2 + 1 st., Di 14-16
Room: SR II/III
Tutorials: Fr 16-18, SR II/III
5 ECTS
Start: 16.04.2023


Program: 

  1. Equations of stellar structure and energy generation and transport in stars
  2. Stellar evolution
  3. Stellar atmospheres
  4. The Sun among stars: dynamo, activity, interior structure and solar spectroscopy

 

Literature:

  • Dina Prialnik “An introduction to the theory of stellar structure and evolution”, Cambridge University Press
  • Frank Shu “Physics of Astrophysics I and II”, University Science Books
  • Rob Rutten, “Radiative Transfer in Stellar Atmospheres”

 


Astronomisches Praktikum

Dozent: Dr. Rolf Schlichenmaier, Dr. Juan Borrero
Zeit: 4 st., Kompaktkurs Ende Juli / Anfang August
Vorbesprechung: tba
Bei Interesse bitte eine kurze Anmeldung bis 20.04.2024 per e-mail  an rolf.schlichenmaier@leibniz-kis.de
Termin: n.V.
Ort: Schauinsland-Observatorium des KIS
Maximale Teilnehmerzahl: 5
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:

Unsöld & Baschek: Der neue Kosmos

 


Term Paper: Which truths can we build upon? Physics and Theology in discourse

Lecturer: Prof. Dr. Andreas Buchleitner, Prof. Dr. Helmut Hoping, Dr. Matthias Huber, Prof. Dr. Magnus Striet
Time: Do 16-18
Room: SR Bib
6 ECTS

The Seminar is open to B.Sc. and MSc. students. The presentations will be given in English or German (German talks will be translated to English)

Program:

 


Term Paper: Low-background physics

Lecturer: Prof. Dr. Marc Schumann, Dr. Sebastain Lindemann
Time:
Room:
6 ECTS

Program:

 


Term Paper: tba

Lecturer: NN
Time:
Room:
6 ECTS

Program:

 


 

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