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Quantenfeldtheorie
Quantum Field Theory

Modul PH2041

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 2018/9 (aktuell)

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

verfügbare Modulversionen
WS 2018/9WS 2017/8WS 2016/7WS 2015/6WS 2013/4WS 2010/1

Basisdaten

PH2041 ist ein Semestermodul in Englisch oder Deutsch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

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

  • Wahlpflichtkatalog "Theorie" im Masterstudiengang Physik (Kern-, Teilchen- und Astrophysik)
  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik
  • Spezialisierung im Elitemasterstudiengang Theoretische und Mathematische Physik (TMP)

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)
300 h 105 h 10 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2041 ist Andreas Weiler.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

  • Grundlegende Konzepte der Quantenfeldtheorie
  • Quantenfeldtheorie mit Pfadintegralen, störungstheoretische Erweiterung, Feynman-Diagramme
  • Von Greenschen Funktionen zu Streuquerschnitten, Teilchenzustände, LSZ-Reduktion
  • Renormalisierung, Regularisierung, effektive Feldtheorie, Renomalisierungsgruppen, Laufen der Kopplungskonstanten
  • Symmetrien und relativistische Teilchen, Quantenfelder mit Spin, fermionische Pfadintegrale, Feynman-Regeln für allgemeine Felder
  • Vektorfelder und Eichsymmetrie, Quantenelektrodynamik

Lernergebnisse

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul sind die Studierenden in der Lage

  • Greensche Funktionen störungstheoretisch zu bestimmen, einschließlich Schleifenkorrekturen, und diese zur Berechnung von Hochenergiereaktionsraten anzuwenden;
  • nichtabelsche Eichtheorien zu quantisieren und auch dort Baum- und Schleifenprozesse zu berechnen,
  • die Konzepte der Regularisierung und Renormierung zu verstehen und diese in Rechnungen anzuwenden;
  • störungstheoretische Rechnungen durch Benutzung der Renormierungsgruppe zu verbessern,
  • effektive Feldtheorien zu konstruieren.

Voraussetzungen

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen. Sehr hilfreich ist ein einführendes Modul, wie “Relativität, Teilchen, Felder” (PH2040).

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 5 Quantum Field Theory Dybalski, W. Weiler, A. Mo, 12:00–14:00, PH HS3
Mi, 12:00–14:00, PH HS3
Mi, 14:00–16:00, PH HS3
UE 1 Übung zu Quantenfeldtheorie Serra Mari, J. Vaudrevange, P.
Leitung/Koordination: Weiler, A.
Termine in Gruppen
UE 1 Zentralübung zu Quantenfeldtheorie Vaudrevange, P.
Leitung/Koordination: Weiler, A.
Mi, 14:00–16:00, PH HS3

Lern- und Lehrmethoden

Das Modul enthält eine Vorlesung und dazu begleitende Übungen und eine Zentralübung.

In der Vorlesung werden die Inhalte (in der Regel) durch Tafelvortrag vermittelt. Der Fokus liegt auf theoretischen Grundlagen des Gebiets, Vorstellung der Methoden und beispielhaften Phänomenen. In den Hausaufgaben erfolgt die Vertiefung der Methoden durch eigene Anwendung auf Probleme des Gebiets. Es wird auf die Entwicklung des analytischen Denkvermögens und der rechentechnischen Fertigkeiten Wert gelegt. Die Besprechung der Hausaufgaben in der Gruppenübung erfolgt unter Anleitung des Tutors durch die Studierenden selbst, um die Fähigkeit des schlüssigen, selbständigen Erklärens zu fördern.

In der Zentralübung werden die Lerninhalte vertieft und eingeübt, sowie weiterführende Fragen zur Vorlesung beantwortet.

Medienformen

Tafelvortrag, bei Bedarf ergänzt durch Folien/Präsentationen, Hausaufgaben zur Übung und Vertiefung des Stoffs

Literatur

  • Peskin & Schroeder, "An Introduction to Quantum Field Theory"
  • Weinberg, "Quantum Theory of Fields"
  • Schwartz, "Quantum Field Theory and the Standard Model"

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine schriftliche Klausur von 180 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:

  • Bestimmen Sie die Feynmanregeln einer QFT mit Scalar-, Fermion- oder Vektorfeldern und berechnen Sie den führenden Beitrag zum Streuquerschnitt eines 2->2 Prozesses
  • Berechnen Sie eine 1-loop Schleifenkorrektur inkl. Regularisierung und Renormierung
  • Integrieren Sie ein schweres Teilchen aus und bestimmen Sie die resultierende effektive Feldtheorie
  • Bestimmen Sie den Noetherstrom und die Ward-Identitäten einer QFT mit Skalarfeldern in der fundamentalen Darstellung der SO(3)
  • Berechnen Sie die Beta-Funktion und bestimmen Sie ihr Verhalten

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.

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 die Mid-Term-Leistung bestanden hat, diese besteht aus

  • 1. der Bearbeitung von 50% der Aufgaben auf den Übungsblättern,
  • 2. dem Vorrechnen von mindestens drei Teilaufgaben an der Tafel,
  • 3. der regelmäßigen und aktiven Teilnahme in den Übungsgruppen.

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 Quantenfeldtheorie
Mi, 27.2.2019, 11:00 bis 14:00 PH: 2502
Studierende im Masterstudiengang Physik (Kern-, Teilchen- und Astrophysik) beachten die besonderen Hinweise zur Prüfungsanmeldung im Wahlpflichtfach theoretische Physik! // Students in the Master’s program Physics (Nuclear, Particle and Astrophysics) check the notice on exam registration for the required elective module in theoretical physics! https://www.ph.tum.de/academics/msc/theory/ bis 15.1.2019 (Abmeldung bis 20.2.2019)
Fr, 12.4.2019, 8:00 bis 11:00 PH: 2501
Studierende im Masterstudiengang Physik (Kern-, Teilchen- und Astrophysik) beachten die besonderen Hinweise zur Prüfungsanmeldung im Wahlpflichtfach theoretische Physik! // Students in the Master’s program Physics (Nuclear, Particle and Astrophysics) check the notice on exam registration for the required elective module in theoretical physics! https://www.ph.tum.de/academics/msc/theory/ bis 1.4.2019 (Abmeldung bis 5.4.2019)
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