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Kosmologie und Strukturbildung 2
Cosmology and Structure Formation 2

Modul PH2276

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

PH2276 ist ein Semestermodul in Deutsch oder Englisch auf 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
  • 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)
150 h 60 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2276 ist Mathias Garny.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Kosmische Inflation

  • Motivation der kosmischen Inflation
  • Beschreibung der inflationären Expansion durch Skalarfelder
  • Slow-roll Näherung
  • Inflation und modifizierte Gravitation
  • Quantenfluktuationen und primordiale Störungen
  • Vorhersagen für die Eigenschaften der kosmischen Dichteschwankungen
  • Isocurvature Moden und nicht-Gaussche Störungen

Nichtlineare Strukturbildung

  • Motivation, Schwierigkeiten, Techniken
  • Schwach nichtlinearer Bereich
  • Gravitativer Kollaps und Press-Schechter Theorie
  • Bias

Lernergebnisse

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul sind die Studierenden in der Lage:

  1. die Motivation für das Paradigma der kosmischen Inflation anhand qualitativer sowie quantitativer Argumente darzustellen
  2. die Bewegungsgleichungen für das Inflaton-Feld zu lösen und die relevanten Näherungen zu erklären
  3. die slow-roll Näherung auf neue Modelle anzuwenden und daraus Vorhersagen für die statistischen Eigenschaften der Dichteschwankungen herzuleiten
  4. den spektralen index sowie den tensor-to-scalar ratio zu berechnen
  5. Mechanismen darzustellen, welche zu isocurvature Störungen sowie non-Gaussianity führen, und diese auf neue Szenarien anzuwenden
  6. eine quantitative Aussage zu treffen, wie groß für eine gegebene Observable nichtlineare Effekte sind
  7. Methoden der Störungstheorie auf schwach nichtlineare Observablen anzuwenden
  8. zu berechnen, wann eine Dichteschwankung zu einem gravitativ gebundenen Objekt kollabiert
  9. statistische Methoden darzulegen und anzuwenden, welche biased tracer beschreiben

Voraussetzungen

Kosmologie und Strukturbildung (Teil 1)

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Cosmology and Structure Formation 2 Garny, M. Do, 12:00–14:00, PH 3344
sowie einzelne oder verschobene Termine
UE 2 Exercise to Cosmology and Structure Formation 2 Garny, M. Fr, 10:00–12:00, PH 3344

Lern- und Lehrmethoden

Die Lerninhalte werden in der Vorlesung thematisch strukturiert vermittelt, wobei sowohl auf die technischen Fertigkeiten als auch auf das physikalische Verständnis besonders eingegangen wird. Es werden Bezüge zur aktuellen Forschung hergestellt, und auf die enge Verbindung von Theorie und Beobachtungen Wert gelegt. In Übungen werden anhand von Beispielen und Rechenaufgaben die Techniken eingeübt, sowie das Verständnis durch Transferleistungen vertieft, so dass die Studierenden die Lerninhalte selbständig erklären und anwenden können.

Medienformen

Kombination aus Folien/Grafiken und Tafelanschrieb, Skriptum zu den Inhalten jeder Vorlesung, welches jede Woche auf Moodle veröffentlicht wird, Übungsblätter inklusive Korrektur und interaktiver Diskussion in den Übungsgruppen

Literatur

Dodelson, Modern Cosmology, Academic Press 2003

Lyth, Liddle, The primordial density perturbation, Cambridge University Press 2009

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von etwa 25 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:

  • Welche Probleme existieren in der Kosmologie ohne Inflation, und wie werden diese quantitative durch Inflation gelöst?
  • Was ist die slow-roll Näherung? Wenden Sie diese auf ein gegebenes Potential an.
  • Welche Eigenschaften haben primoridale Dichteschwankungen in verschiedenen Inflationsmodellen, wie können diese durch Beobachtungen überprüft werden?
  • Wie können nichtlinearitäten beschrieben werden, wie wird das 1-loop Powerspektrum berechnet?
  • Was sind biased tracer und wie werden deren Eigenschaften quantitativ erfasst?

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Aktuell zugeordnete Prüfungstermine

Derzeit sind in TUMonline die folgenden Prüfungstermine angelegt. Bitte beachten Sie neben den oben stehenden allgemeinen Hinweisen auch stets aktuelle Ankündigungen während der Lehrveranstaltungen.

Titel
ZeitOrtInfoAnmeldung
Prüfung zu Kosmologie und Strukturbildung 2
Mo, 4.2.2019 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin vor So, 24.03.2019. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date before Sun, 2019-03-24. bis 15.1.2019 (Abmeldung bis 3.2.2019)
Di, 26.3.2019 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin von Mo, 25.03.2019 bis Sa, 27.04.2019. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date from Mon, 25.03.2019 till Sat, 27.04.2019. bis 25.3.2019
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