Kern-, Teilchen- und Astrophysik 1
Nuclear, Particle, and Astrophysics 1

Modul PH0014 [KTA Expert 1]

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Modulversion vom WS 2016/7

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

verfügbare Modulversionen
WS 2017/8WS 2016/7WS 2010/1

Basisdaten

PH0014 ist ein Semestermodul in Deutsch auf Bachelor-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Pflichtmodule im Bachelorstudiengang Physik (5. Fachsemester, Vertiefung KTA)

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
270 h 90 h 9 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH0014 in der Version von WS 2016/7 war Bastian Märkisch.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Experimentelle Grundlagen

  • Prinzipien der Teilchenbeschleuniger
  • Nachweismethoden in der Kern- und Teilchenphysik

Theoretische Konzepte

  • Symmetrien
  • Streuung und Wirkungsquerschnitte
  • Klein-Gordon- und Dirac-Gleichung
  • Grundlagen der Quantenelektrodynamik

Elektromagnetische Wechselwirkungen

  • Elektronstreuung und Formfaktoren
  • Tiefinelastische Streuung und Strukturfunktionen
  • Das Partonmodell

Die starke Wechselwirkung

  • Grundzüge der Gruppentheorie
  • Grundlagen der Quantenchromodynamik
  • Aufbau und Eigenschaften der Hadronen
  • Quarks und Gluonen in Hochenergiereaktionen
  • Experimentelle Tests der QCD
  • Grundzüge effektiver Feldtheorien

Die Schwache Wechselwirkung

  • Schwache Zerfälle und Paritätsverletzung
  • V-A Theorie
  • Experimenteller Nachweis von W- und Z-Bosonen
  • Neutrinostreuung
  • Standardmodell und Higgs-Mechanismus
  • Ideen für Physik jenseits des Standardmodells

Lernergebnisse

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul verfügen die Studierenden strukturiertes Wissen über die Grundlagen der Kern-, Teilchen- und Astrophysik und sind in der Lage die Funktionsweise und Fragestellungen moderner Teilchenphysik-Experimente zu verstehen. Sie verfügen über grundlegende Kenntnisse der elementaren Bestandteile der Materie und ihrer Wechselwirkungen, sowie zusammengesezten Systemen wie Mesonen, Baryonen und Kernen. Sie sind desweiteren in der Lage die theoretischen Grundlagen des Standardmodells der Teilchenphysik auf einfache Phänomene anzuwenden.

Voraussetzungen

PH0001, PH0002, PH0003, PH0004, PH0005, PH0006, PH0007

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 4 Kern-, Teilchen- und Astrophysik 1 Garny, M. Paul, S. Mo, 08:30–10:00, PH HS2
Mi, 10:00–12:00, PH HS2
UE 2 Übung zu Kern-, Teilchen- und Astrophysik 1 Greenwald, D.
Leitung/Koordination: Paul, S.
Termine in Gruppen

Lern- und Lehrmethoden

Vorlesung: Frontalunterricht
Übung: Arbeitsunterricht (Übungsaufgaben rechnen), Diskussionen und weitergehende Erläuterungen zum Vorlesungsstoff

Medienformen

Tafelanschrieb bzw. Präsentation,
Beispielvideos (z.T. zum Download),
Vorlesungsmitschrift z.T. zum Download,
Übungsaufgaben (Fallbeispiele) und Lösungen zum Download

Literatur

B. Povh, K. Rith, C. Scholz, F. Zetsche, W. Rodejohann, Teilchen und Kerne (Springer 2013)
B.R. Martin and G. Shaw, Particle Physics (Wiley 2008)
C. Berger, Elementarteilchenphysik: Von den Grundlagen zu den modernen Experimenten (Springer-Lehrbuch, 2014)

F. Halzen and A. D. Martin Quarks and Leptons: an Introductory Course in Modern Particle Physics
O. Nachtmann, Elementary Particle Physics: Concepts and Phenomena (Springer)
J.F. Donoghue, E.Golowich and B.R.Holstein, Dynamics of the Standard Model
C.Quigg, Gauge Theories of the Strong, Weak, and Electromagnetic Interactions

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine schriftliche Klausur von 90 Minuten Dauer statt. Darin wird exemplarisch das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe durch Rechenaufgaben und Verständnisfragen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Berechnen Sie die Strahlenergie des Elektronstrahls für ein Fixed-Target Experiment um damit W-Bosonen zu erzeugen.
  • Nennen Sie die Eichsymmetrien des Standardmodells und die dazugehörigen Ladungen.
  • Zeichnen Sie den Feynman-Graphen für den Myon-Zerfall.
  • Nennen sie 4 konzeptionell unterschiedliche freie Parameter des Standardmodells.

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Aktuell zugeordnete Prüfungstermine

Derzeit sind in TUMonline die folgenden Prüfungstermine angelegt. Bitte beachten Sie neben den oben stehenden allgemeinen Hinweisen auch stets aktuelle Ankündigungen während der Lehrveranstaltungen.

Titel
ZeitOrtInfoAnmeldung
Prüfung zu Kern-, Teilchen- und Astrophysik 1
Fr, 16.2.2018, 11:00 bis 12:30 102
bis 15.1.2018 (Abmeldung bis 9.2.2018)
Di, 3.4.2018, 13:30 bis 15:00 CH: 22210
bis 19.3.2018 (Abmeldung bis 27.3.2018)

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.