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Teilchenphysik an Collidern und im Hochenergie-Universum
Particle Physics at Colliders and in the High Energy Universe

Modul PH2081

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

PH2081 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 30 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2081 ist Frank Simon.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Dieses Modul gibt eine Einführung in die moderne Teilchenphysik an der Schnittstelle von beschleuniger-basierten Experimenten und der Astroteilchenphysik. Es behandelt:

  • Aktuelle Themen der Teilchenphysik bei höchsten Energien mit einer fundierten Diskussion der experimentellen Methoden, unter anderem: Das Standardmodell, das Higgs Boson, Physik jenseits des Standardmodells sowie eine generelle Einführungnin hochenergetische Proton-Proton Kollisionen 
  • Eine Einführung in die Kosmologie
  • Hochenergetische Prozesse im frühen Universum vom "thermal Freezout" bis zur kosmischen Hintergrundstrahlung
  • Design und Technologie des Large Hadron Collider und der entsprechenden Experimente
  • Teilchenbeschleunigung im Universum

Lernergebnisse

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

  1. die grundlegenden Konzepte der modernen Teilchenphysik zu verstehen
  2. die grundlegenden Konzepte der Kosmologie zu verstehen 
  3. die zentralen Themen der aktuellen Teilchenphysik am Large Hadron Collider sowohl innerhald als auch jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik zu diskutieren
  4. die teilchenphysikalischen Prozesse im frühen Universum zu diskutieren 
  5. die Konzepte moderner Beschleuniger und Colliderexperimente zu verstehen
  6. den experimentellen Nachweis von Teilchen sowie die Wechselwirkung von Teilchen mit Materie zu beschreiben
  7. die kosmischen Beschleunigungsmechanismen und entsprechende Quellen zu beschreiben
  8. die enge Beziehung von Kosmologie und Teilchenphysik zu verstehen

Voraussetzungen

Einführungsvorlesung in Kern-, Teilchen- und Astrophysik.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Lern- und Lehrmethoden

Die Vorlesung präsentiert die Lerninhalte in aufeinander aufbauenden Themenabschnitten und liefert Querverweise auf neueste Ergebnisse aus der Teilchen- und Astroteilchenphysik, mit denen die Studierenden die einzelnen Themen im Eigenstudium weiter vertiefen können. Die Präsenzveranstaltung bietet kontinuierlich die Möglichkeit zur intensiven Diskussion der Vorlesungsinhalte und thematisch verwandter Fragestellungen, die sich aus den weiterführenden Stoffen ergeben.

Medienformen

PowerPoint - Präsentation und Tafelarbeit, Website für Präsentationsmaterialien, weiterführende Literatur und Links.

Literatur

  • Mark Thomson: "Modern Particle Physics", Cambridge University Press
  • L. Bergström and Ariel Goobar, "Cosmology and Particle Astrophysics", Springer

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 überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Beschreiben Sie die Funktionsweise und die wichtigsten Elemente von modernen Teilchenbeschleunigern
  • Wie wird die Energie von Teilchen in einem Collider-Experiment gemessen?
  • Wie werden Higgs-Bosonen am LHC erzeugt, und wie zerfallen sie?
  • Welche offenen Fragen des Standardmodells der Teilchenphysik könnten durch Supersymmetrie gelöst werden?
  • Was können wir aus dem Spektrum der kosmischen Hintergrundstrahlung über das frühe Universum lernen?
  • Welche Modelle zur Beschleunigung hochenergetischer kosmischer Strahlung gibt es?
  • Was ist der Unterschied zwischen dem "thermal Freezeout" von Neutrinos und von WIMPs?

Wiederholbarkeit

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

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