Einführung in die Kern-, Teilchen- und Astrophysik
Introduction to Nuclear, Particle, and Astrophysics

Modul PH0016 [KTA Intro]

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.

Basisdaten

PH0016 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 AEP)
  • Pflichtmodule im Bachelorstudiengang Physik (5. Fachsemester, Vertiefung BIO)
  • Pflichtmodule im Bachelorstudiengang Physik (5. Fachsemester, Vertiefung KM)

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)
240 h 90 h 8 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH0016 ist Lothar Oberauer.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Inhalt des Moduls ist die konzeptionelle Vermittlung der Kern- und Teilchenphysik. Dabei werden den Studierenden die physikalischen Grundkonzepte in Theorie und Experiment vermittelt, wobei der Schwerpunkt auf den experimentellen Ergebnissen und Methoden ruht. 

Experimentelle Grundlagen

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

Theoretische Konzepte

  • Symmetrien
  • Streuung und Wirkungsquerschnitte
  • Klein-Gordon- und Dirac-Gleichung
  • Feynman Diagramme

Elektromagnetische Wechselwirkungen

  • Elektronstreuung und Formfaktoren
  • Quasielastische, inelastische und tiefinelastische Streuung und Strukturfunktionen
  • Das Partonmodell

Die starke Wechselwirkung

  • Quarks: Farbe und Flavour
  • Aufbau und Eigenschaften der Hadronen
  • Quarks und Gluonen in Hochenergiereaktionen
  • Experimentelle Tests der QCD

Die Schwache Wechselwirkung

  • Schwache Zerfälle und Paritätsverletzung
  • Experimenteller Nachweis von W- und Z-Bosonen
  • Standardmodell und Higgs-Mechanismus
  • Yukawa-Kopplungen und die CKM-Matrix

Kernphysik

  • Radioaktivität
  • Kernphysikalische Modelle
  • Kernreaktionen
  • Physik dichter Kernmaterie
  • Anwendungen der Kernphysik

Astrophysik

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

Lernergebnisse

Der/die Studierende wird einen Gesamtüberblick über das Fachgebiet erhalten und somit allen wissenschaftlichen Kolloquien auf diesem Gebiet folgen können. Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls besitzt der/die Studierende die Voraussetzungen um an weiterführenden oder spezialisierenden Modulveranstaltungen diese Fachgebiets teilzunehmen.

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul ist der/die Studierende in der Lage:

  1. die grundlegende Funktionsweise von Beschleunigeranlagen sowie die in Experimenten zum Einsatz kommenden Detektorsysteme zu verstehen.
  2. mit den in der Kern- und Teilchenphysik allgemein zu Grunde liegenden theoretischen Konzepten umzugehen.
  3. die drei für die Teilchenphysik wichtigen, fundamentalen Wechselwirkungen zu kennen, und zwar in Bezug auf die phänomenologischen Auswirkungen, sowie die zugehörigen Standardexperimente und die dahinterstehenden theoretischen Modelle wiederzugeben.
  4. die wichtigsten Phänomene und Anwendungen der Kernphysik zu kennen sowie Modellvorstellungen der Kernphysik wiederzugeben.
  5. die Bedeutung der Kern- und Teilchenphysik für die Astrophysik zu verstehen.

Voraussetzungen

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

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VU 6 Einführung in die Kern-, Teilchen- und Astrophysik Oberauer, L. Montag, 10:00–12:00
Mittwoch, 14:00–16:00
sowie Termine in Gruppen

Lern- und Lehrmethoden

Vorlesung:
Frontalunterricht


Übung:

In Arbeitsgruppen wird der Stoff an Hand von Übungsaufgaben diskutiert und vertieft. Diese Aufgaben sind z.T. ergänzend oder vertiefend zum Vorlesungsstoff gedacht. Sie bereiten auf die schriftliche Abschlussprüfung vor.
Diskussionen und weitergehende Erläuterungen zum Vorlesungsstoff

Medienformen

Tafelanschrieb bzw. Präsentation

Powerpoint

Offline Videostreaming der Vorlesung (MP4)

Begleitende Informationen im Internet

Literatur

  • Povh, Zetsche, Scholz, Rith: Teilchen und Kerne: Eine Einführung in die physikalischen Konzepte, Springer Verlag
  • Mayer-Kuckuk: Kernphysik: Eine Einführung, Teubner
  • D. Perkins: Hochenergiephysik
  • F. Halzen und A.D. Martin: Quarks and Leptons

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Die Modulprüfung besteht aus einer schriftlichen Klausur. In dieser Prüfung müssen die Studierenden nachweisen, dass sie vor allem die konzeptionellen Aspekte auf dem Gebiet der Kern- und Teilchenphysik verstanden haben und dieses Wissen zur Lösung konkreter Fragestellungen und Aufgaben anwenden können. Daher wird zur Prüfungsvorbereitung die Teilnahme am Übungsbetrieb dringend empfohlen.

Bonusregelung: Auf die Note einer bestandenen Modulprüfung in der Prüfungsperiode direkt im Anschluss an die Vorlesung (nicht auf die Wiederholungsprüfung) wird ein Bonus (eine Zwischennotenstufe "0,3" besser) gewährt (4,3 wird nicht auf 4,0 aufgewertet), wenn die/der Studierende in den Tutorübungen im Laufe des Semesters fünf mal an der Tafel vorgerechnet hat.

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 Einführung in die Kern-, Teilchen- und Astrophysik
Fr, 24.2.2017, 13:30 bis 15:00 MW: 2001
bis 15.1.2017 (Abmeldung bis 17.2.2017)
Mi, 19.4.2017, 11:00 bis 12:30 101
bis 3.4.2017 (Abmeldung bis 12.4.2017)

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.