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Astroteilchenphysik 2
Astro Particle Physics 2

Modul PH2074

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 2019 (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 2019SS 2017SS 2016SS 2011

Basisdaten

PH2074 ist ein Semestermodul in Englisch oder Deutsch auf Master-Niveau das im Sommersemester 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 PH2074 ist Tina Pollmann.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Die Vorlesung beschäftigt sich mit den Zusammenhängen zwischen Komsologie und Teilchenphysik. Es wird zunächst eine Einführung in die Kosmologie und das Standardmodell der Teilchenphysik gegeben. Es werden dann die wichtigsten beobachtbaren Eigenschaften unseres Universum eingeführt und deren Zusammenhänge mit der Teilchenphysik erläutert: Die kosmische Hintergrundstrahlung, primordiale Nukleosynthese und grossräumige Strukturen. Anhand der zugänglichen Beobachtungen wird das Problem der dunklen Materie erörtert. Es werden mögliche Kandidaten und Experimente zu ihrem Nachweis besprochen.

In 2 Teilen, im Wintersemester und dem folgenden Sommersemester, werden folgende Themen behandelt:

I.     Einführung in die Kosmologie

II.    Einführung in das Standardmodell der Teilchenphysik

III.   Kosmologische Beobachtungen

IV.   Dunkle Materie

V.    Neutrinophysik

VI.  Kosmische Strahlung

VII. Gravitationswellen

Lernergebnisse

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

  1. zu erklären, wie Sterne Energie erzeugen, und warum wir weniger solare Elektron-Neutrinos detektieren als erwartet.
  2. mehrere Kandidaten fuer die Dunkle Materie zu nennen und deren Eigenschaften darzustellen.
  3. bei gegebener Masse und Wechselwirkungswarscheinlichkeit eines Dunkle Materie Teilchens zu berechnen, wieviele Streuereignisse in einem gegebenen Detektor zu erwarten sind.
  4. qualitativ das gravitationswellen-Signal von 2 ineinander fallenden schwarzen Löchern aufzuzeichnen.

Voraussetzungen

Kern- und Teilchenphysik

Astroteilchenphysik I von Vorteil

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Lern- und Lehrmethoden

In der Vorlesung werden die Inhalte erläutert, wobei durch kurze interaktive Aufgaben und Fragen an die Studierenden dazu angeregt wird, sich aktiv mit den Inhalten auseinander zu setzen. 

In Übungen werden sowohl Fragen zum konzeptionellen Verständnis als auch Rechenaufgaben gestellt. Die Studenten sollten alle Probleme der Uebungen bearbeiten.  Vor- und Nachbearbeitung des in der Vorlesung behandelten Stoffes wird empfohlen.

Medienformen

Beamerpräsentation, Übungsblätter.

Literatur

  • Bergstrom, Goobar: Cosmology and Particle Astrophysics
  • Klapdor, Zuber: Teilchenastrophysik,
  • Martin, Shaw: Particle Physics,
  • Schneider: Extragalactic Astronomy and Cosmology,
  • Grupen, Claus: Astroparticle physics

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von etwa 25 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:

  • Woher weiss man, dass neutrinos eine Masse haben? Wie kann die Masse des Neutrinos bestimmt werden?
  • Zeichnen sie das Energiespektrum der Kosmischen Strahlung qualitativ auf. Erklären sie, woher Teilchen in den verschiedenen Energiebereichen kommen.
  • Erklären sie die Phasen eines Ineinanderfallens von 2 schwarzen Löchern anhand der davon ausgehenden Gravitationswellen.

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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