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Statistische Physik im Nicht-Gleichgewicht
Non-Equilibrium Statistical Physics

Modul PH2229

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 2018WS 2015/6

Basisdaten

PH2229 ist ein Semestermodul in 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 Physik der kondensierten Materie
  • Spezialisierung im Elitemasterstudiengang Theoretische und Mathematische Physik (TMP)

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)
300 h 90 h 10 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2229 ist Wilhelm Zwerger.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

I) Non-Equilibrium Dynamics of Classical Systems


1) Onsager Theory, Minimal Entropy Production
2) Boltzmann Equation, H-Theorem
3) Navier-Stokes Equation, Hydrodynamic Modes
4) Long-Time Tails, Fluctuating Hydrodynamics in 1D, KPZ-Equation  5) Turbulence, Kolmogorov Spectrum
6) Dynamical Scaling near Continuous Phase Transitions

II) Non-Equilibrium Dynamics of Quantum Systems

1) Linear Response, Relaxation and Ergodicity Breaking  2) Kibble-Zurek Dynamics
3) Lieb-Robinson bounds
4) Periodically Driven (Floquet) Systems
5) Anderson versus Many-Body Localization

Lernergebnisse

The students will learn the basic methods of Non-Equlibrium Thermodynamics and Statistical Physics together with their applications in a wide range of problems, with an emphasis on examples from Condensed Matter and Many-Body Physics. Both classic topics (Boltzmann-Equation, Linear Response, Scaling and Turbulence) as well as topics of current interest are covered (Lieb-Robinson bounds, Floquet systems, Many-Body Localization). The course will thus prepare students for independent research projects.

Voraussetzungen

The course is a continuation of the Lecture on Thermodynamics and Statistical Physics of the previous semester, which is a necessary requirement. In addition, a good knowledge of Quantum Mechanics and standard mathematical methods like Fourier-Transformation is assumed.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 4 Non-Equilibrium Statistical Physics Zwerger, W. Di, 10:00–12:00, PH 3343
Do, 10:00–12:00, PH 3343
UE 2 Exercise to Non-Equilibrium Statistical Physics
Leitung/Koordination: Zwerger, W.
Mi, 16:00–18:00, PH-Cont. C.3203

Lern- und Lehrmethoden

In the thematically structured lecture the learning content is presented. A proper understanding of the contents of the lecture will be verified through the weekly exercise classes. In particular, students are required to present the solution of the elementary parts of the exercise problems on the blackboard.

Medienformen

keine Angabe

Literatur

  • R. Balian: From Microphysics to Macrophysics, Volume 2
  • D. Forster: Hydrodynamic Fluctuations, Broken Symmetry and Correlation Functions
  • Specific literature will be given for chapters I.4-6 and II.2-5

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 und Beispielrechnungen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Write down the basic evolution equations in non-equilibrium thermodynamics (Onsager, Boltzmann)
  • Sketch methods of their solution (relaxation time approximation, ...)
  • Write down the definitions of linear response and correlation functions and their interrelations (Fluctuation-Dissipation Theorem, Kramers-Kronig relations)
  • Write down scaling solutions for transport coefficients or for spectra far from equilibrium (Kolmogorov)
  • Formulate the basic theorems for Floquet systems in terms of the quasi-energy spectrum

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

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