Nuclear, Particle, and Astrophysics 2

Physics of Quark- and Leptonflavors

• Yukawa coupling and the CKM matrix
• Flavor-oscillation in the neutral kaon and B-meson system
• CP violation
• Neutrino oscillations

Nuclear Physics

• Nucleon-nucleon-interaction and the deuteron
• Nuclear models
• Radioactivity
• Nuclear deformations, collective phenomena
• Nuclear reactions
• High-energy nuclear physics
• Applications of nuclear physics

Astrophysics

• Nuclear fusion and the evolution of stars
• Element formation and the basics of nuclear astrophysics
• Basics of cosmology

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul verfügen die Studierenden über strukturiertes Wissen im Bereich der Grundlagen des Standardmodells der
Teilchenphysik, insbesondere über die Details der schwachen Wechselwirkung und die Phänomene der elektroschwachen Symmetriebrechung.
Zudem verfügen sie über grundlegendes Wissen zur Physik der Kerne und der Kernzerfälle und sind in der Lage die Grundlagen der wichtigsten Modelle und Konzepte der Kernphysik zu verstehen. Sie haben zudem ein Grundverstädnis von der Entstehung des Universums und den der modernen Kosmologie zugrundeliegenden Prinzipien.

[PH0014]

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 Übungen 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.

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

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

There will be an oral exam of 40 minutes duration. Therein the achievement of the competencies given in section learning outcome is tested exemplarily at least to the given cognition level using comprehension questions and sample calculations.

For example an assignment in the exam might be:

• Discuss the conditions in the early universe required for an asymmetry between matter and anti-matter to evolve.
• What energy is released in the fusion of deuterium and hydrogen into tritium?
• Discuss working mechanism and special features of cancer treatment using ion beams.
• The quark model describes hadrons as bound states of constituent quarks and anti-quarks. Give the quark/anti-quarks content of mesons and baryons and their anti-particles.
• What are the partciles and symmetries of the theory describing the strong interaction in the standard model?
• Give experimental evidence supporting three color charges.

Participation in the exercise classes is strongly recommended since the exercises prepare for the problems of the exam and rehearse the specific competencies.