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Physik mit Positronen 2
Physics with Positrons 2

Modul PH2076

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 2018 (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 2018SS 2017SS 2011

Basisdaten

PH2076 ist ein Semestermodul in Deutsch oder Englisch 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 Applied and Engineering Physics
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie
  • 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 30 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2076 ist Christoph Pascal Hugenschmidt.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Dieses Modul gibt eine Einführung in die Physik mit Positronen mit seinen Anwendungen in der Atomphysik und insbesondere in den Materialwissenschaften, der Festkörper- und Oberflächenphysik. Nach einem historischen Abriss werden unterschiedliche Techniken vorgestellt, wie Positronenquellen und mono-energetischer Positronenstrahlen hergestellt werden. Die Wechselwirkung von Positronen mit Materie wird beschrieben, um aufzuzeigen, wie Positronen als Sondenteilchen genutzt werden, um auf atomarer Skala Kristalldefekte untersuchen zu können. Anhand von Oberflächenuntersuchungen wird aufgezeigt, welche spezifischen Unterschiede zu Techniken bestehen, bei denen Elektronen eingesetzt werden. Danach wird ein systematischer Überblick über Kristalldefekte sowie die Charakterisierung des freien Volumen amorpher Festkörper gegeben. Daraufhin werden verschiedene Strahlungs- und Teilchendetektoren vorgestellt und ihr Einsatz für Positronenexperimente diskutiert. Schließlich werden verschiedene Spektrometer vorgestellt, mit denen sich Elektronenimpulsverteilungen, Defekttypen und –konzentrationen, Elementverteilungen um Defekte, Oberflächen sowie fundamentale Eigenschaften des Positroniums untersuchen lassen. Hierbei werden exemplarisch aktuelle Forschungsergebnisse diskutiert.

Lernergebnisse

Nach erfolgreicher Teilnahme an diesem Modul ist der/die Studierende in der Lage

  • die Wechselwirkung von Positronen und Gammastrahlung mit Materie zu verstehen und zu erklären.
  • Teilchen- und Strahlungsdetektoren vorzustellen.
  • die Herstellung von Positronenstrahlen sowie die elektrostatische und magnetische Strahlführung zu erklären.
  • die Funktionsweise von Positronenspektrometern und komplementäre Messmethoden zu erklären.
  • Kristallfehler zu beschreiben und Positronentechniken zu benennen, die zu deren Untersuchung angewendet werden.
  • die Messung der elektronischen Struktur von Materialien zu erklären.
  • die Produktion und Messungen mit Positronium zu erklären.
  • eine Auswahl an exotischen Grundlagenexperimenten mit Antiteilchen zu kennen.

Voraussetzungen

Es wird der vorherige Besuch des Moduls „Physik mit Positronen I“ empfohlen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Physik mit Positronen 2 Hugenschmidt, C. Di, 12:00–14:00, PH II 127

Lern- und Lehrmethoden

In der Vorlesung werden die Inhalte durch Vortrag der theoretischen Grundlagen und deren experimentellen Umsetzungen erläutert und durch anschauliche Beispiele verständlich gemacht. Dabei wird insbesondere mit Querverweisen und mit der Erläuterung komplementärer Messmethoden die Brücke zu verschiedenen Themenbereiche geschlagen. In der Vorlesung werden anhand von Problembeispielen Berechnungen und exemplarisch Abschätzungen durchgeführt, sodass die Studierenden das Gelernte selbständig erklären und anwenden können. Hoher Wert wird auf die Anregung interaktiver Diskussion mit den Studierenden und unter den Studierenden über das gerade Erlernte gelegt. Hierdurch wird das eigene analytisch-physikalische Denkvermögen der Studierenden gefördert. Die Vorlesungsunterlagen enthalten Hyperlinks und Referenzen zur einschlägigen Literatur, die den Einstieg in die eigenständige Literaturrecherche fördern sollen.

Medienformen

Vortrag, Beamerpräsentation, Tafelarbeit, Diskussion, begleitende Internetseite, ergänzende Literatur, PDF-Vorlesungsunterlagen

Literatur

Standard-Lehrbücher der Festkörper- und Kernphysik wie zum Beispiel:

  • C. Schaefer L. Bergmann. Lehrbuch der Experimentalphysik, Bd. 6: Festkörper. Gruyter, (2005);
  • Neil W. Ashcroft and N. David Mermin. Solid State Physics. Saunders College, Fort Worth, (2001);
  • G. Schatz and A. Weidinger. Nukleare Festkörperphysik.
  • B. G. Teubner, (1997); Theo Mayer-Kuckuk. Kernphysik. Teubner, Stuttgart, (1984);

Zur Positronenphysik:

  • P. Coleman, Positron Beams and Their Applications, World Scientific, (2000).

Hinweise zu Review-Artikeln werden in der Vorlesung gegeben.

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, Diskussionen anhand von Skizzen und grundlegenden Formeln überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Beschreiben Sie den Aufbau zur Winkelkorrelationsmessung der Annihilationsstrahlung.
  • Wie kann man Spin-aufgelöste Messungen machen?
  • Wie wird Anti-Wasserstoff hergestellt?

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten. Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester angeboten.

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