Teilchenoszillationen
Particle Oscillations

Modul PH2210

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.

Basisdaten

PH2210 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 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 40 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2210 ist Lothar Oberauer.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Achtung! Änderung der Vorlesungszeit auf jeweils Freitag, 12:30 bis 14 Uhr !!

Ort: 3046 im PH-I

Teilchenoszillationen sind faszinierende quantenmechanische Phänomene. Im Oktober 2015 wurde die Entdeckung der Neutrinooszillationen mit dem Nobelpreis für Physik gewürdigt. Diese Beobachtung ist der erste direkte experimentelle Hinweis darauf, dass das Standardmodell der Teilchenphysik erweitert werden muss.  Wir beginnen aber mit den Oszillationen neutraler Mesonen und der Entdeckung der CP-Verletzung in der schwachen Wechselwirkung. Dann besprechen wir den Formalismus von Neutrinooszillationen, diskutieren experimentelle Resultate um den Bogen zu den offenen und großen Fragen auf diesem Gebiet zu spannen.

Die Vorlesung ist als Ergänzung und Vertiefung zum Wahlfach Astroteilchenphysik gedacht.

Fragen? Bitte L. Oberauer kontaktieren: oberauer@ph.tum.de

Zum Inhalt:

1.     Oszillationen neutraler Mesonen

2.     Die CKM-Matrix und CP Verletzung bei den Quarks

3.     2-Neutrino-Oszillationen

4.     3-Neutrino-Oszillationen und die PMNS-Matrix

5.     Teilchenoszillationen und die Heisenbergsche Unschärferelation

6.     Wellenpakete und die Bedingungen für Kohärenz

7.     Materieeffekte

8.     Solare Neutrinos und der MSW-Effekt

9.     Atmosphärische Neutrino-Oszillationen und Experimente an Beschleunigern

10.   Reaktorneutrios und die Entdeckung des dritten Mischungswinkels

11.   Offene Fragen: Massenhierarchie? CP-Verletzung? Leptogenese? Sterile Neutrinos?

Lernergebnisse

Nach erfolgreicher Teilnahme an dem Modul sind die Studierenden in der Lage die grundlegenden quantenmechanischen Ansätze zur Beschreibung von Teilchenoszillationen zu verstehen. In Retrospektive werden so bereits vorhandene Kenntnisse der Quantenmechanik gestärkt und vertieft. Ebenso sind die Studierenden dann in der Lage Gemeinsamkeiten und Unterschiede bei den Oszillationen neutraler Mesonen (Quark-Antiquarksysteme) und Neutrinos zu beurteilen. Die Studierenden sind dann auch in der Lage die speziellen Methoden bei dem experimentellen Nachweis von Neutrinooszillationen mit unterschiedlien Neutrinoquellen zu beurteilen und einzuordnen. Die Vorlesung soll darüber hinaus Interesse an offenen Fragen in der Teilchenphysik fördern und die Verbindung von Teilchenphysik mit Themen der Astrophysik klarstellen. Das Modul soll den Transfer und die Anwendung der Kenntnisse für neue Projekte auf diesem Gebiet ermöglichen und somit auch eine Basis für MSc-Arbeiten auf diesem Gebiet bilden.

Voraussetzungen

Voraussetzung sind die Vorlesungen zur Kern- Teilchen- Astrophysik während des BSc-Studiums. Auch die Einführungsvorlesung in KTA genügt. Vorteilhaft, aber nicht zwingend nötig sind Kenntnisse aus den Vorlesungen Astroteilchenphysik I und II.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Teilchenoszillationen Oberauer, L. Fr, 12:30–14:00, PH 3046

Lern- und Lehrmethoden

Vorlesung mit Anleitung zum Selbststudium unter Verwendung spezifischer Literatur.

Einbeziehung der Studierenden durch offene Diskussionen.

Medienformen

PPTX Präsentationen und Herleitung wichtiger Zusammenhänge an der Tafel.

Intensive Diskussion mit den Studierenden.

Literatur

F. Suekane, Neutrino Oscillations, Lecture Notes in Physics 898, Springer, 2014

F. Böhm, P. Vogel, Physics of Massive Neutrinos, Cambridge University Press

D. Perkins, High Energy Physics, Addison Wesley

M. Thompson, Modern Particle Physics, Cambridge University Press

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe wird exemplarisch durch ein von den Studierenden selbständig zu bearbeitendes Abschlussprojekt überprüft. Die Leistung der Studierenden wird an Hand der Präsentation der Ergebnisse und einer anschließenden mündlichen Prüfung bewertet. Präsentation und mündliche Prüfung haben eine Dauer von insgesamt etwa 20 Minuten.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Direct and indirect CP-violation in oscillations of neutral mesons
  • Experimental challenges to detect so-called "Mößbauer"-neutrinos
  • How can we get hands on the neutrino mass ordering?
  • How can we probe sterile neutrino oscillations?

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.