Physik mit Positronen 2
Physics with Positrons 2

Dieses Modul baut auf die dem Modul Physik mit Positronen I (PH2075) auf, worin zuletzt die Messung der Positronenlebensdauer vorgestellt wurde. Im Vergleich hierzu wird zunächst auf Messungen der Elektronenimpulsverteilungen und der Elementverteilungen um Defekte mit der (koinzidenten) Doppler-Verbreiterungsspektroskopie eingegangen. Mit höherer Impulsauflösung lässt dich die elektronische Struktur (Fermi-Flächen) von Festkörpern bestimmen, indem die Winkelkorrelation der Annihilationsstrahlung gemessen wird. Die Vorteile dieser Methode insbesondere unter Verwendung des Positronenspins werden mit komplementären Techniken verglichen. Danach werden hochsensitive Positronenmethoden zur Strukturmessung und Elementanalyse von Oberflächen vorgestellt. Es werden Grundlagenexperimente zu leptonischen Bindungszuständen mit Positronen und Anwendungen in der Atomphysik diskutiert. Schließlich werden Prozesse zur Herstellung von Anti-Wasserstoff und Messungen daran erläutert. Hierzu werden exemplarisch aktuelle Forschungsergebnisse diskutiert und ein Ausblick zu künftigen Experimenten gegeben.

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

• Experimente zur Detektion von Kristalldefekten zu erklären
• zu erläutern, wie sich mit Positronen Fermi-Flächen messen lassen
• Experimente zur Elementkonzentration an Oberflächen vorzustellen
• Grundzüge zur Positronenbeugung an Oberflächen zu erklären
• Vorteile von spinaufgelösten Messungen zu nennen
• die Produktion und Messungen mit Positronium und dem negativ geladenen Positronium-Ion zu erklären
• Grundlagenexperimente mit Anti-Wasserstoff zu skizzieren

Das Modul baut maßgeblich auf Vorkenntnisse aus dem Modul Physik mit Positronen I (PH2075) auf. Sonst sind keine weiteren Vorlesungen zwingend nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

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.

Vortrag mit Beamerpräsentation, Tafelarbeit und Diskussion; Vorlesungsunterlagen als pdf-Dateien, ergänzende 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).

• Auf einschlägige Review-Artikel wird in der Vorlesung verwiesen.

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?