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Kern-, Teilchen- und Astrophysik 2
Nuclear, Particle, and Astrophysics 2

Modul PH0015 [KTA Expert 2]

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 SS 2018 (aktuell)

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

verfügbare Modulversionen
SS 2018SS 2017SS 2011

Basisdaten

PH0015 ist ein Semestermodul in Deutsch auf Bachelor-Niveau das im Sommersemester angeboten wird.

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

  • Pflichtmodule im Bachelorstudiengang Physik (6. 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 PH0015 ist Stephan Paul.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Physik der Quark- und Leptonflavours

  • Yukawa-Kopplungen und die CKM-Matrix
  • Flavouroszillationen im neutralen Kaon-/B-Meson-System
  • CP-Verletzung
  • Neutrino-Oszillationen

Kernphysik

  • Nukleon-Nukleon-Wechselwirkungen und Deuteron
  • Kernphysikalische Modelle
  • Radioaktivität
  • Kerndeformationen, kollektive Phänomene
  • Kernreaktionen
  • Hochenergie-Kernphysik
  • Anwendungen der Kernphysik

Astrophysik

  • Kernfusion und Sternentwicklung
  • Elementenstehung und Grundlagen der nuklearen Astrophysik
  • Grundlagen der Kosmologie

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

[PH0014]

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 4 Kern-, Teilchen- und Astrophysik 2 Paul, S. Vaudrevange, P. Di, 14:00–16:00, PH HS2
Mi, 08:30–10:00, PH HS2
Do, 14:00–16:00, PH HS2
Fr, 10:00–11:30, PH HS2
Fr, 12:00–14:00, PH HS2
UE 2 Übung zu Kern-, Teilchen- und Astrophysik 2
Leitung/Koordination: Paul, S.
Termine in Gruppen

Lern- und Lehrmethoden

Bei diesem Modul handelt es sich um eines der Spezialisierungsmodule des sechsten Fachsemesters. Die zugehörigen Lehrveranstaltungen werden in der Regel "kompakt" angeboten. Das heißt, dass die für die Lehrveranstaltungen angesetzten Semesterwochenstunden (4V 2Ü) in den Wochen der ersten Semesterhälfte in komprimierter Form (8V 4Ü) dargeboten werden. Die restliche Vorlesungszeit verbleibt somit für die arbeitsintensive Endphase der Bachelor-Arbeit.

In der thematisch strukturierten Vorlesung werden die Lehrinhalte im Vortrag präsentiert und durch anschauliche Beispiele sowie durch Diskussion mit den Studierenden vermittelt. Dabei werden die Studierenden auch zur eigenständigen inhaltlichen Auseinandersetzung mit den behandelten Themen sowie zum Studium der zugehörigen Literatur motiviert. Stetige Querverweise auf die bereits früher vermittelten Grundlagen lassen die universellen Konzepte der Physik mehr und mehr erkennbar werden.

In den „Tutorübungen“ lernen die Studierenden in Kleingruppen nicht nur den Lösungsweg nachzuvollziehen, sondern Aufgaben auch selbstständig zu lösen. Hierzu werden Aufgabenblätter angeboten, die die Studierenden zur selbstständigen Kontrolle sowie zur Vertiefung der gelernten Methoden und Konzepte bearbeiten sollen. In den Übungen werden die unter der Woche gerechneten Aufgaben von den Studierenden und einer/m wissenschaftlichen Mitarbeiter(in) an der Tafel vorgerechnet und besprochen. Die Übung bietet auch die Gelegenheit zur Diskussion und weitergehende Erläuterungen zum Vorlesungsstoff und bereitet konkret auf die Prüfungen vor.

Die verschiedenen Lernformate sind eng verzahnt und befinden sich im ständigen Austausch.

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 mündliche Prüfung von etwa 40 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen und Beispielrechnungen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Welche Voraussetzungen müssen im frühen Universum gegeben sein um eine Asymmetrie zwischen Materie und Anti-Materie zu erhalten?
  • Welche Energie wird bei der Fusion von Deuterium und Wasserstoff zu Tritium frei?
  • Erläutern Sie die Funktionsweise und Besonderheit der Tumortherapie mit Ionenstrahlen.
  • Das Quarkmodell beschreibt Hadronen als gebundene Zustände von Konstituentenquarks bzw. -antiquarks. Aus welchen Kombinationen von Quarks und Antiquarks sind Mesonen und Baryonen und ihre Antiteilchen jeweils aufgebaut?
  • Was sind die Teilchen und Symmetrien der Theorie, die die starke Wechselwirkung im Standardmodell beschreibt?
  • Nennen Sie experimentelle Gegebenheiten, die drei Farbladungen unterstützen.

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.

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