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Experimentalphysik 5: Kern- und Teilchenphysik (EP-5)7.5 ECTS (englische Bezeichnung: Experimental Physics 5: Nuclear and Particle Physics)
Modulverantwortliche/r: Christopher van Eldik, Dozenten der Kern-/Teilchenphysik Lehrende:
Christopher van Eldik
Startsemester: |
WS 2018/2019 | Dauer: |
1 Semester | Turnus: |
jährlich (WS) |
Präsenzzeit: |
75 Std. | Eigenstudium: |
150 Std. | Sprache: |
Deutsch |
Lehrveranstaltungen:
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Experimentalphysik 5: Kern- und Teilchenphysik
(Vorlesung, 3 SWS, Christopher van Eldik, Do, 14:00 - 16:00, HE; jede 2. Woche Fr, 12:00 - 14:00, HE)
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Übungen zur Experimentalphysik 5: Kern- und Teilchenphysik
(Übung, 2 SWS, Christopher van Eldik et al., Do, 8:00 - 10:00, SRTL (307), SR 02.729, SR 00.103; Do, 12:00 - 14:00, SR 01.779; Do, 12:30 - 14:00, SR 00.103; Mi, 16:00 - 18:00, SR 00.732, SR 00.103)
Inhalt:
Natürliche Einheiten, relativistische Kinematik; Überblick: Elementarteilchen und
fundamentale Wechselwirkungen, Konzept der Austausch-Wechselwirkung, Antiteilchen,
Aufbau der Materie (Nukleon -> Kern -> Atom); Feynman-Diagramme, konzeptioneller
Aufbau: Matrix-Element, Propagator, Kopplung, Crossing-Symmetrie, Prozesse höherer
Ordnung; Symmetrien und Erhaltungssätze: (Energie, Impuls, Drehimpuls), C, P, CP, CPT
Wirkungsquerschnitt total/differentiell, Lebensdauer; Wechselwirkung von Teilchen mit
Materie, Abschwächungslänge, Bethe-Bloch, Bremsstrahlung; Grundbegriffe der
Dosimetrie
Bezeichnungen, Nuklidkarte, Entdeckung von Proton und Neutron; Kernmassen: Messung,
atomare Masseneinheit; Bindungsenergien, Tröpfchenmodell (Weizsäcker-Massenformel)
Nukleon-Nukleon-Potenzial, Yukawa-Potenzial; Fermi-Gas-Modell; Schalenmodell
Zerfallsarten (Kategorien: Alpha, Beta, Gamma, Kernspaltung); Aktivität und
Zerfallsketten; Alpha-Zerfall (Potentialtopfbeschreibung, Tunnelwahrscheinlichkeit,
Gamov-Faktor, Lebensdauer); Beta-Zerfall und Elektroneinfang (Fermi-Konstante, Beta-
Spektrum/Curie-Plot (Phasenraumfaktor), Massenparabeln, doppelter Betazerfall:
mit/ohne Neutrinos); Zerfallsreihen; Kernspaltung (spontan/induziert,
Aktivierungsenergie, Wirkungsquerschnitt, Kettenreaktionen, Kernreaktoren); Zerfall
angeregter Kernzustände (Niveauschemata, J und Parität, Multipolstrahlung,
Übergangswahrscheinlichkeit, Isomere)
Kinematik elastischer Streuung, QED-Prozess, Coulomb-Streuung, Rutherford-Querschnitt;
Elektron-Kern-Streuung, Formfaktoren, geometrische Gestalt von Kernen;
Rückstoßkorrektur, Spineffekte, Mott-Querschnitt; Elektron-Nukleon-Streuung
(Rosenbluth-Formel, Formfaktoren, Ladungsdichte in Proton und Neutron); Quasi-
elastische Streuung, Anregungszustände des Protons; Tiefinelastische Streuung,
Strukturfunktionen, Partonverteilungen
Regeln der QCD (Farbladungen, Gluonen, Kopplung (Feynman-Diagramme), starke
Kopplungskonstante); Laufende Kopplungskonstante, Kraft zwischen Farbladungen,
Confinement, Asymptotic Freedom; Starke Wechselwirkung in Teilchenreaktionen
(Erhaltungsgrößen, e+e- -> Hadronen, Quarkonia, Hadronisierung, Jets, Isospin und
Hadron-Multipletts, Clebsch-Gordan-Koeffizienten)
W- und Z-Bosonen (geladene und neutrale Ströme), Propagator; W-Quark-Kopplung,
Cabibbo-Winkel, CKM-Matrix, Z-Kopplungen; Paritätsverletzung (Wu-Experiment),
Chiralität und Helizität; Schwache Prozesse im Experiment: Pion-Zerfall, Myon-Zerfall, K-Zerfall,
Produktion reeller W- und Z-Bosonen, Zahl der leichten Neutrino-Flavours;
Ladungskonjugation, CP-Verletzung (K-System); Neutrinos: Massen und Oszillationen
(direkte Massenmessung, Evidenz für Oszillationen, PMNS-Matrix)
Lernziele und Kompetenzen:
Die Studierenden
erläutern und erklären die experimentellen Grundlagen und die quantitativ-mathematische Beschreibung der Kern- und Teilchenphysik gemäß den detaillierten Themen im Inhaltsverzeichnis
wenden die physikalischen Gesetze und jeweiligen mathematischen Methoden auf konkrete Problemstellungen an
Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan: Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:
- Ergänzende Modulstudien Physik (keine Abschlussprüfung angestrebt bzw. möglich): ab 1. Semester
(Po-Vers. 2017w | NatFak | Ergänzende Modulstudien Physik (keine Abschlussprüfung angestrebt bzw. möglich) | Ergänzende Modulstudien Physik | Experimentalphysik 5: Kern- und Teilchenphysik)
- Mathematik (Bachelor of Science): ab 5. Semester
(Po-Vers. 2015w | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | Module des Nebenfachs | Nebenfach Physik (experimentell) | Vertiefungsmodule | Experimentalphysik 5: Kern- und Teilchenphysik)
- Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien): ab 5. Semester
(Po-Vers. 2007 | NatFak | Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien) | Module Fachwissenschaft Physik | Experimentalphysik 5: Kern- und Teilchenphysik)
- Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien): ab 5. Semester
(Po-Vers. 2010 | NatFak | Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien) | Module Fachwissenschaft Physik | Experimentalphysik 5: Kern- und Teilchenphysik)
- Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien): ab 5. Semester
(Po-Vers. 2018w | NatFak | Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien) | Module Fachwissenschaft Physik | Experimentalphysik 5: Kern- und Teilchenphysik)
- Physik (Bachelor of Science): ab 5. Semester
(Po-Vers. 2010 | NatFak | Physik (Bachelor of Science) | Module des 3. bis 6. Fachsemesters | Experimentalphysik 5: Kern- und Teilchenphysik)
- Physik (Bachelor of Science)
(Po-Vers. 2018w | NatFak | Physik (Bachelor of Science) | Bachelorprüfung | Experimentalphysik 5: Kern- und Teilchenphysik)
Studien-/Prüfungsleistungen:
Klausur zur Experimentalphysik 5 (Prüfungsnummer: 61811)
(diese Prüfung gilt nur im Kontext der Studienfächer/Vertiefungsrichtungen [1], [6], [7])
- Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- Erstablegung: WS 2018/2019, 1. Wdh.: WS 2018/2019 (nur für Wiederholer)
1. Prüfer: | Christopher van Eldik |
- Termin: 12.02.2019, 10:00 Uhr, Ort: HH, HG
Klausur zur Experimentalphysik 5 (Prüfungsnummer: 67411)
(diese Prüfung gilt nur im Kontext der Studienfächer/Vertiefungsrichtungen [2], [3], [4], [5])
- Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- Erstablegung: WS 2018/2019, 1. Wdh.: WS 2018/2019 (nur für Wiederholer)
1. Prüfer: | Christopher van Eldik |
- Termin: 12.02.2019, 10:00 Uhr, Ort: HH, HG
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UnivIS ist ein Produkt der Config eG, Buckenhof |
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