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Kern- und Teilchenphysik in Medizin und Forschung (PWNV-2)5 ECTS (englische Bezeichnung: Nuclear and particle physics in medicine and research)
(Prüfungsordnungsmodul: Kern- und Teilchenphysik in Medizin und Forschung)
Modulverantwortliche/r: Robert Lahmann Lehrende:
Robert Lahmann
Start semester: |
SS 2021 | Duration: |
1 semester | Cycle: |
jährlich (SS) |
Präsenzzeit: |
30 Std. | Eigenstudium: |
120 Std. | Language: |
Deutsch |
Lectures:
Inhalt:
Die Vorlesung beginnt mit einer Einführung bzw. Wiederholung der Elementarteilchen und der fundamentalen Kräfte, insbesondere den Theorien der Quantenelektrodynamik (QED), der für den Beta-Zerfall verantwortlichen schwachen Wechselwirkung und der Quantenchromodynamik (QCD). Letztere ist die Standardtheorie der starken Wechselwirkung, die für den Zusammenhalt des Atomkerns in Abwesenheit elektrischer Anziehungskräfte verantwortlich ist. Die drei Theorien zusammen bilden das sogenannte Standardmodell der Teilchenphysik. Anschließend wird das Gebiet der Beschleunigerphysik diskutiert, welches dem Nachweis von Elementarteilchen und der Untersuchung teilchenphysikalischer Prozesse gewidmet ist.
Die historische Entwicklung von der Erfindung des Zyklotrons durch Ernest Lawrence bis zum Large Hadron Collider (LHC) der europäischen Kernforschungsorganisation CERN wird nachgezeichnet. Schließlich werden zwei Anwendungen der Kern- und Teilchenphysik vorgestellt. Zum einen werden in der Astroteilchenphysik fundamentale teilchenphysikalische Prozesse zum Verständnis von Phänomenen wie der Kosmischen Strahlung oder der Entstehung von Neutrinos in Supernovae verwendet. Zum anderen wird als irdische Anwendung die Medizintechnik diskutiert, wo die Kern- und Teilchenphysik. durch ionisierende Strahlung, Bildgebungsverfahren und spezielle Beschleuniger in Diagnostik und Behandlung Einzug gefunden hat.
Lernziele und Kompetenzen:
• Grundlegendes Verständnis des Standardmodells der Teilchenphysik, insbesondere der Gemeinsamkeiten und Unterschiede der QED, QCD und Theorie der schwachen Wechselwirkung und von erlaubten bzw. verbotenen Prozessen
• Fähigkeit, einfache Feynman-Diagramme zu interpretieren
• Fähigkeit, relativistische Rechnungen zur Zeitdilatation und Energie-Impuls-Beziehung durchzuführen
• Grundlegendes Verständnis der Funktionsweise von Teilchenbeschleunigern und Teilchendetektoren, insbesondere die Unterschiede zwischen Spurenkammern, elektromagnetischen und hadronischen Kalorimetern
• Fähigkeit, fundamentale Prozesse der Teilchenphysik auf verwandten Gebieten, wie denen der Astroteilchenphysik und Medizinphysik, zu übertragen
Literatur:
• Skript zur Vorlesung „Physik der Materie“
• Bogdan Povh, Klaus Rith, Christoph Scholz, Frank Zetsche, Werner Rodejohann: Teilchen und Kerne (als PDF über FAU-server erhältlich)
• Wolfgang Demtröder: Experimentalphysik /4: Kern-, Teilchen- und Astrophysik (als PDF über FAU-server erhältlich)
• https://www.teilchenwelt.de , insbesondere das Unterrichtsmaterial zur Astro-/Teilchenphysik
Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:
- 128#71#H
(Po-Vers. 2007 | NatFak | Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Grundschulen) | Module Fachwissenschaft Physik | Wahlfach 1 | Kern- und Teilchenphysik in Medizin und Forschung)
Dieses Modul ist daneben auch in den Studienfächern "128#74#H", "Berufspädagogik Technik (Master of Education)", "Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Realschulen)" verwendbar. Details
Studien-/Prüfungsleistungen:
Kern- und Teilchenphysik in Medizin und Forschung (Prüfungsnummer: 65211)
zugeh. "mein campus"-Prüfung: | - 65211 Kern- und Teilchenphysik in Medizin und Forschung (Gewichtung: 100.0 %, Prüfung, Form: Klausur, Drittelnoten (mit 4,3), Dauer: 90, 5 ECTS, Prüfung).
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- Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet, 5 ECTS
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- Prüfungssprache: Deutsch
- Erstablegung: SS 2021, 1. Wdh.: SS 2021 (nur für Wiederholer)
1. Prüfer: | Robert Lahmann (060521) |
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