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Tests des Standardmodells der Teilchenphysik 1
Testing the Standard Model of Particle Physics 1

Modul PH2044

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 2010/1

Basisdaten

PH2044 ist ein Semestermodul in Deutsch oder Englisch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

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

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik

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)
150 h 60 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2044 ist Hubert Kroha.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Zweisemesterige Vorlesung, Fortsetzung im folgenden Sommersemester:

1. Das Standardmodell der Teilchenphysik
1.1 Grundlagen der Quantenfeldtheorie
1.2 Symmetriegruppen, Eichsymmetrien und Wechselwirkungen
1.3 Die fundamentalen Kraefte und ihre Vereinheitlichung
1.4 Ursprung der Teilchenmassen - der Higgs-Mechanismus
1.5 Stoerungstheorie und Feynmangraphen
2. Aktuelle experimentelle Tests des Standardmodells
2.1 Praezisionsmessungen der elektroschwachen Wechselwirkung
2.2 Physik am Large Hadron Collider
2.3 Suche nach dem Higgs-Boson

Lernergebnisse

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul besitzt der Studierende ein vertieftes Verstaendnis der Prinzipien des Standardmodells der Teilchenhysik mit besonderem Schwergewicht auf

- der Rolle der lokalen Eichsymmetrien bei der Beschreibung der fundamentalen Wechselwirkungen,
- der Erzeugung der Massen der Elementarteilchen durch spontane Brechung der Eichsymmetrie und den Higgs-Mechanismus,
- der Verknuepfung von Theorie und Experiment mittels Stoerungstheorie und Feynman-Diagrammen,
- den Prinzipien und Erfolgen, aber auch Grenzen und moeglichen Erweiterungen des Standardmodells

sowie einen breiten Ueberblick ueber die aktuellen Themen, Experimente und Ergebnisse der modernen Teilchenphysik mit Schwergewicht auf

- den Praezisionsmessungen der elektroschwachen Wechselwirkungen durch die Experimente an den LEP-, Tevatron- und LHC- Beschleunigern,
- aktuellen Themen und Ergebnisse der LHC-Experimente bei den hoechsten Energien,
- Messungen der CP-Symmetrieverletzung in B-Mesonzerfaellen und Suche nach seltenen Zerfaellen an B-Mesonfabriken und am LHC,
- Messungen der Neutrino-Oszillationen und Neutrinomassen,
- Suche nach neuen Phaenomenen jenseits des Standardmodells: Grosse Vereinheitlichung aller  Wechselwirkungen, supersymmetrische Teilchen, Dunkle Materie,
- Konzepte und Funktionsweise moderner Experimente der Teilchenphysik.

Voraussetzungen

Keine weiteren Voraussetzungen, die ueber die Zulassung zum Masterstudium hinausgehen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Lern- und Lehrmethoden

In der  Vorlesung werden die Lerninhalte nach Themen strukturiert präsentiert. Dabei werden die  grundlegenden Konzepte des Standardmodells der Teilchenphysik vermittelt und die bedeutendsten experimentellen Untersuchungen der theoretischen Vorhersagen bis hin zu den modernsten Experimenten und Messergebnissen erläutert. Auf die Diskussion der Erkenntnisse mit den Studierenden wird besonderer Wert gelegt, um das Verständnis der logischen Zusammenhänge der Theorie und des Wechselspiels mit den experimentellen Tests zu vertiefen. 

In den Übungen werden anhand von Problembeispielen die Lerninhalte vertieft und eingeübt, so dass die Studierenden das Gelernte selbständig erklären und anwenden können.

Medienformen

Vorlesung mit integrierten Übungen, Skript, Übungen optional zur Vertiefung und Verbreiterung der erlernten  Inhalte (2SWS).  Das Skript wird zur Vorlesung verteilt.

Literatur

  • B. Povh, K. Rith, Ch. Scholz, F. Zetsche: Teilchen und Kerne, Springer, 1997.
  • Ch. Berger: Elementarteilchenphysik, Springer, 2002.
  • P. Schmueser: Feynmangraphen und Eichtheorien fuer Experimentalphysiker, Springer, 1995.
  • I. J. R. Aitchison, A. J. G. Hey: Gauge Theories in Particle Physics, Vol. 1, Institute of Physics Publishing, 2002.
  • W. Greiner, B. Mueller: Quantum Mechanics - Symmetries, Springer, 2. Auflage, 1994.

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von etwa 30 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen und Diskussionen anhand von Skizzen und einfachen Formeln überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Welche fundamentalen Teilchen und Kräfte beschreibt das Standardmodell?
  • Welches gemeinsame Symmetrieprinzip liegt den elementaren Wechselwirkungen zugrunde?
  • Welche Konsequenzen haben die Symmetrien für die die Kräfte vermittelnden Teilchen?
  • Welche Rolle spielt das Higgs-Boson im Standardmodell und was ist experimentell über seine Eigenschaften bekannt?
  • Durch welche Experimente und Messungen wurden die Vorhersagen des Standardmodells in höherer Ordnung der Störungstheorie getestet?

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.

Hinweise zu assoziierten Modulprüfungen

Die Prüfung zu diesem Modul kann auch gemeinsam mit der Prüfung zum assoziierten Folgemodul PH2045: Tests des Standardmodells der Teilchenphysik 2 / Testing the Standard Model of Particle Physics 2 nach dem Folgesemester abgelegt werden. In diesem Fall müssen Sie sich für beide Prüfungstermine erst im Folgesemester anmelden.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten. Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester 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 Tests des Standardmodells der Teilchenphysik 1
Di, 25.9.2018 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin zwischen 25.9.2018 und 20.10.2018. Lehrveranstaltung(en) des Moduls war(en) im Wintersemester. / Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date between 2018-09-25 and 2018-10-20. Lectures to the module where in winter semester. bis 24.9.2018
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