Albert-Ludwigs-Universität-Freiburg
Physikalisches Institut Hermann-Herder-Straße 3

Stand: 01.10.2013

Physikalisches Institut

Kommentare zum Vorlesungsverzeichnis Wintersemester 2013/2014

Suche nach Dozenten

Vorkurs Mathematik
Dozent: PD Dr. Florian Mintert
Zeit: Blockveranstaltung ganztägig, vor Vorlesungsbeginn: 07.-11. Oktober 2013
Vorlesung: täglich 9-12
Übungen: nachmittgs 14-17 in Gruppen
Ort: Gr. HS

Vorläufiges Programm:
Auffrischen mathematischer Grundkenntnisse:
Rechnen, Ableiten, Integrieren, Analytische Geometrie und Lineare Algebra, Statistik und Wahrscheinlichkeitsrechnung
Vorkenntnisse:
keine, Anmeldung nicht erforderlich!
Einführende Literatur:
Experimentalphysik I (Einführung in die Physik I mit Experimenten für Studierende der Physik, Mathematik und Mikrosystemtechnik)
Dozent: Prof. Dr. Gregor Herten
Zeit: 4 st., Mo, Mi 10-12
Ort: Gr. HS
Beginn: 21.10.2013
Vorlesungs link

Vorläufiges Programm:

 Vorkenntnisse:

Schulphysik und -mathematik

Einführende Literatur:
Experimentalphysik III (Spezielle Relativitätstheorie, Optik, Quantenphysik und Atomphysik)
Dozent: Prof. Dr. Tobias Schätz
Zeit: 4 st., Mi 8-10, Do 11-13
Ort: Gr. HS
Beginn: 23.10.2013

Vorläufiges Programm: 

Die Veranstaltung vermittelt die Grundlagen aus der fortgeschrittenen Optik, eine Einführung in die Quantenmechanik, und den Aufbau einfacher atomarer Systeme. Die Vorlesung wird durch Übungen begleitet. Teilnahme an den Übungen ist für das Verständnis der Vorlesung dringend erforderlich.

Folgende Themen werden behandelt:
-  Geometrische Optik
-  Wellenoptik
-  Einführung in die Quantenphysik

Vorkenntnisse:

Experimentalphysik I + II, Theoretische Physik I + II


Einführende Literatur:


Experimentalphysik V (Kern- und Elementarteilchenphysik)
Dozent: Prof. Dr. Kay Königsmann
Zeit: 4 st., Di, Do 10-12
Ort: HS II
Beginn: 22.10.2013

Vorläufiges Programm:

Diese Kursvorlesung behandelt die Grundlagen der Kern- und Elementarteilchenphysik.
Die Teilnahme an der Vorlesung ist Voraussetzung für eine Teilnahme am 2. Teil des Fortgeschrittenenpraktikums.

In einer 2-stündigen Übung wird der Stoff anhand von Aufgaben vertieft.

Die Themenschwerpunkte:  

Vorkenntnisse:

Quantenmechanik

Einführende Literatur:

Theoretische Physik I (Einführung in die mathematischen Methoden der Theoretischen Physik und Newtonsche Mechanik)
Dozent: Prof. Dr. Jens Timmer
Zeit: 3 st., Di 10-12, Do 10-11
Ort: HS I 
Beginn: 22.10.2013
Vorlesungs link

Vorläufiges Programm:

Die Vorlesung bietet eine Einführung in die mathematischen Methoden der Theoretischen Physik, die mittels grundlegender Probleme der theoretischen Mechanik motiviert werden.

Themen der Vorlesung:

Vorkenntnisse:

Abiturwissen Physik und Mathematik.
Die Teilnahme am Vorkurs Mathematik wird empfohlen.


Einführende Literatur:
Theoretische Physik III (Elektrodynamik und Spezielle Relativitätstheorie)
Dozent: Prof. Dr. Alexander Blumen
Zeit: 4 st., Mo 10-12, Di 8-10
Ort: HS I
Beginn: 21.10.2013

Vorläufiges Programm:
Vorkenntnisse:

Theoretische Physik I und II

Einführende Literatur:

Theoretische Physik V (Statistische Physik)
Dozent: Prof. Dr. Gerhard Stock
Zeit: 4 st.,  Mo, Mi 10-12
Ort: HS II
Beginn: 21.10.2013

Vorläufiges Programm:

Wir fangen mit den theoretischen Grundlagen der Thermodynamik und der statistischen Physik an: die drei Hauptsätze der Thermodynamik samt Anwendungen, Stabilitätsprobleme homogener und heterogener Systeme, die Mischentropie, das Van der Waals Gas, die Gibbsche Phasenregel und Wärmemaschinen. Zur Statistischen Physik werden behandelt: die mikrokanonische, die kanonische und die großkanonische Gesamtheit. Quantenmechanische Aspekte werden anhand der exakten Statistik nichtunterscheidbarer Teilchen eingeführt; wir studieren ideale und reale Fermi- und Bose-Gase (Anwendungen: Elektronen in Metallen, Photonen und Phononen). Ausgehend von Modellen zum Magnetismus (Heisenberg und Ising) werden Phasenübergänge behandelt; die Vorlesung schließt mit modernen Aspekten der Theorie der Phasenübergänge, wie z.B. Skalengesetzen, ab.

Vorkenntnisse:

Theoretische Physik I bis IV

Einführende Literatur:

Theoretical Models for Magnetic Solids
Dozent: Prof. Dr. Christian Elsässer
Zeit: 2 st., Fr 8-10
Ort: SR I
Übungen: 14-tägig, 2 st. (Ort und Zeit nach Vereinbarung)
Beginn: 25.10.2013

in englischer oder deutscher Sprache nach Vereinbarung


Vorläufiges Programm:

This course deals with theoretical models and computational methods for understanding and simulating magnetic properties of materials:

Literature, e.g.:

Biophysik der Zelle (BSc, MSc, WP2)
Dozent: Prof. Dr. Alexander Rohrbach
Zeit: 3 st., Di 10-13
Ort: Chemie HH, Albertstr. 21, SR 09 020
Beginn: 22.10.2013

Vorläufiges Programm:
Die Vorlesung stellt einen Streifzug durch die moderne Zellbiophysik dar, adressiert Fragen der aktuellen Forschung und stellt moderne Untersuchungsmethoden vor. Dies beinhaltet klassische, aber auch neueste physikalische Modelle und Theorien, welche in Kombination mit raffinierten Messmethoden einen erheblichen Fortschritt in der Biophysik, ermöglicht haben. Die angewandten physikalischen Methoden beflügeln nicht nur die Biologie und Medizin, sondern auch die Physik komplexer Systeme, welche mit der lebenden Zelle ein unvergleichliches Niveau an Selbstorganisation und Komplexität erreicht.
Die Vorlesung richtet sich an Physiker und Ingenieure im Hauptstudium. Sie bietet eine bunte Mischung aus Physik, Biologie und Chemie, Mathematik und Ingenieurswissenschaft, welche mit zahlreichen Bildern und Animationen (sowie den Übungen) veranschaulicht werden.
Themen:
 1. Struktur und Aufbau der Zelle oder Das Rezept für zellbiophysikalische Forschung
2. Diffusion und Fluktuationen
3. Mess- und Manipulationstechniken
4. Biologisch relevante Kräfte
5. Biophysik der Proteine
6. Polymerphysik
7. Viskoelastizität und Mikro-Rheologie
8. Die Dynamik des Zytoskeletts
9. Molekulare Motoren
10. Membranphysik
Vorkenntnisse:

Einführende Literatur:

Lineare und Nichtlineare Optische Mikroskopie (MSc, BSc, WP2)
Dozent: Prof. Dr. Alexander Rohrbach
Zeit: 3 st., Mi 10-13
Ort: IMTEK SR 102, 1.OG
Übungen: Mi 14-16
Beginn: 23.10.2013

Vorläufiges Programm:
Die wissenschaftlichen Durchbrüche und die technologischen Entwicklungen in der optischen Mikroskopie haben sich in den letzten 12 Jahren regelrecht überschlagen. Die Vorlesung gibt einen Überblick über die physikalischen Prinzipien und Techniken in der modernen optischen Mikroskopie. Der Student soll verstehen, wie man Licht durch optische Systeme lenkt, wie sich optische Information durch dreidimensionale Transferfunktionen im Fourrierraum vorteilhaft beschreiben lässt, wie man Phaseninformation einer Welle im Amplitudeninformation wandelt, um Kontrast zu erzeugen. Weiterhin soll er erfahren, dass Wellen-Beugung Information nicht begrenzt und man die optische Auflösungsbegrenzung umgehen kann. Er soll unterscheiden lernen zwischen kohärenten und inkohärente Abbildungstechniken bis hin zu modernsten Verfahren mit selbst-rekonstruierenden Strahlen, zwei Photonen-Anregung, Fluorophor-Auslöschung durch stimulierte Emission (STED) oder
Mehr-Wellenmischung wie bei Coherent-Anti-Stokes Raman-Streuung (CARS). Die Vorlesung sucht mit einem anwendungsbezogenen Mix aus Grundlagenphysik, griffigen mathematischen Theorien und zahlreichen Beispielen und Bildmaterialien den aktuellen Stand einer Wissenschaft abzureißen, welche die nächsten Jahre die Gebiete Nanotechnologie und Biologie/Medizin massiv
beeinflussen wird.

In den Übungen sollen die Inhalte der Vorlesung sowohl vertieft als auch gefestigt werden. Insbesondere soll das Transferdenken geschult werden. Hierzu werden die wöchentlich ausgeteilten Aufgaben innerhalb einer Woche bearbeitet und dann i.d.R. von den Studenten oder bei schwereren Aufgaben vom Tutor an der Tafel vorgerechnet.

Themen:

1    Mikroskopie: Geschichte, Gegenwart und Zukunft   
2    Wellen- und  Fourier-Optik
3    Optische Abbildung und 3D Informations-Transfer
4    Kontrastierung – die gefilterte Streuung
5    Fluoreszenz –Grundlagen und Techniken
6    Scannende Verfahren: konfokale Mikroskopie und 4pi-Mikroskopie
7    Mikroskopie mit Selbst-rekonstruierenden Strahlen
8    Optische Tomographie
9    Nahfeld- und Evaneszenz-Feld-Mikroskopie
10    Überauflösung mit strukturierter Beleuchtung
11    Multi-Photonen-Mikroskopie
12    Schalten einzelner Moleküle: STED, PALM und STORM
13    Molekulare Diffusions- und Wechselwirkungsmessungen

Schriftliche Klausur oder mündliche Prüfung am Ende der Vorlesung.

Begleitend zur Vorlesung wird ein Skriptum mit definierten Lücken (weisse Boxen) zur Verfügung gestellt.


Literatur:
Bemerkungen:

Es werden 10 ECTS-Punkte für Physiker als WP II vergeben (VL und ÜB).
Die VL ist 3-stündig in einem Stück.
Die Übung ist für MSTler 2-stündig, für Physiker 3-stündig.
Die insgesamt 12x1 extra-Übungsstunden für Physiker werden in der 2. Semesterhälfte in 4 praktische Versuche a 3 Stunden aufgeteilt (Ort: IMTEK).

Leistungsnachweis:

Schritliche Klausur am Semesterende.

Mündliche Prüfung für Diplomstudenten.


Datenanalyse für Naturwissenschaftler/innen: Statistische Methoden in Theorie und Praxis (BOK, BSc, MSc, WP2)
Dozent: Prof. Dr. Markus Schumacher
Zeit: 3 st.,  Mo 14-16, Di 14-16 (14-täglich)
Ort: HS II
Übungen: GMH CIP II
Beginn: 21.10.2013

Vorläufiges Programm:

Naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinn beruht auf einem Wechselspiel zwischen Theorie und Experiment. Der korrekten und optimalen Auswertung der Messdaten kommt dabei eine Schlüsselrolle zu. Bereits im Praktikum wird einem dies bewusst. Neben der Angabe des Zentralwertes ist die Bestimmung der statistischen Fehler und die Angabe von Vetrauensintervallen von entscheidender Bedeutung. In der Vorlesung werden die wichtigsten Methoden zur statistischen Datenanalyse und ihre Eigenschaften erläutert und die praktische Vorgehensweise an einfachen Beispielen dargestellt.

Folgende Themen werden diskutiert:

1) Beschreibung von Daten
2) Grundlagen der Statistik
3) Ausgewählte Wahrscheinlichkeitsverteilungen
4) Die Monte-Carlo-Methode
5) Grundlagen der Parameterschätzung
6) Die Methode der Maximum-Likelihood
7) Die Methode der Kleinsten Quadrate
8) Prüfung von statistischen Hypothesen
9) Vertrauensintervalle und Grenzwerte

In den Übungen, die grossteils am Computer stattfinden, werden die erlernten Konzepte vertieft. Mit einfachen Programmierbeispielen wird die Anwendung für die Laborpraxis geübt. Das Programmpaket ROOT und die Programmiersprache C(++) werden hierzu verwendet.

Vorkenntnisse:

Grundlagen der Analysis

Einführende Literatur:

Nanomagnetism (BSc, MSc)
Dozent: Prof. Dr. Oliver Waldmann
Zeit: 4 st., Mo 10-12 (14-täglich), Mi 14-16
Ort: Mo SR I, Mi HS II
Beginn: 21.10.2013

Vorläufiges Programm: 

Vorkenntnisse:

Einführende Literatur:



Grundlagen der Halbleiterphysik (BSc, MSc)
Dozent: apl. Prof. Dr. Joachim Wagner
Zeit: 3 st., Fr 8-11
Ort: HS II
Beginn: 25.10.2013

Vorläufiges Programm:
Vorkenntnisse:

Experimentalphysik IV (Kondensierte Materie)

 Einführende Literatur:

Solarthermie (BSc, MSc, WP2)
Dozenten: Prof. Dr. Eicke Weber, Dr. Werner Platzer, Dipl.-Ing. (FH) Korbinian Kramer
Zeit: 2 st., Di 8:30-10
Ort: SR Westbau 2.OG
Beginn: 22.10.2013

Vorläufiges Programm:

Vorkenntnisse:

Einführende Literatur:



Wissenschaftliches Rechnen mit MATHEMATICA® (BOK)
Dozent: PD. Dr. Markus Walther, Prof. Dr. Hanspeter Helm
Zeit: 2 st., Mi 14-16
Ort: GMH CIP II
Beginn: 23.10.2013
Vorlesungs link

Vorläufiges Programm:
Nach einer Einführung in das Programmpaket MATHEMATICA® und seine Programmiersprache üben wir uns in Beispielen des symbolischen und numerischen Rechnens, der Lösung gekoppelter Differentialgleichungen, sowie der Signal- und Bildanalyse. Schwerpunkte liegen unter anderem auch auf der interaktiven Kontrolle der Rechnungen, der grafischen Darstellung der Ergebnisse und dem Export und Import von Grafiken.
Vorkenntnisse:

Grundlagen der Mathematik und Physik

Einführende Literatur:

http://demonstrations.wolfram.com




Ausgewählte Kapitel der Theoretischen Physik für Lehramtsstudierende
Dozent: apl. Prof. Dr. Thomas Filk
Zeit: 4 st., Mo, Mi 10-12
Ort: SR GMH
Beginn: 21.10.2013

Vorläufiges Programm:

Die Vorlesung gliedert sich grob in zwei Teile: (1) Relativitätstheorie und (2) Quantenfeldtheorie und Theoretische Teilchenphysik. Die Relativitätstheorie soll die Kenntnisse zur Speziellen Relativitätstheorie aus dem 2. und 3. Semester vertiefen und einen konzeptuellen Einstieg in die Allgemeine Relativitätstheorie geben. In der Quantenfeldtheorie werden die theoretischen Grundlagen der Teilchenphysik behandelt. Hier geht es um Fragen wie: Wie gelang man zu den Feynman-Graphen und was bedeuten sie? Was ist eine Eichtheorie? Was bedeutet die Renormierbarkeit einer Theorie? Was ist der Higgs-Mechanismus? Was bedeutet Supersymmetrie etc. Beide Teile sollen die zukünftigen Lehrer in die Lage versetzen, entsprechende Fragen von Schülern qualifiziert und mit einem theoretischen Hintergrund beantworten zu können.

Vorkenntnisse:

Theoretische Physik I-III; Fortgeschrittene Theoretische Physik für Lehramtsstudierende oder Theoretische Physik IV


Advanced Quantum Mechanics (MSc)
Dozent: apl. Prof. Dr. Heinz-Peter Breuer
Zeit: 4 st., Mi, Fr 10-12
Ort: HS I
Beginn: 25.10.2012
Vorlesungs link


Preliminary programme:
Prerequisites:

 Theoretical Physics IV - Quantum Mechanics

Literature:


General Relativity
Dozent: JProf. Dr. Harald Ita
Zeit: 4 st., Mo 8-10, Di 14-16
Ort: SR Westbau 2.OG
Übungen: Mo 14-16, SR Westbau 2.OG
Beginn: 21.10.2013
Vorlesungs link

Preliminary programme:
Prerequisites:

Electrodynamics and Special Relativity


Requirements for Academic Record:

Further details will be given in the lecture/tutorials.


Literature:
Quantum Chromodynamics and Collider Physics
Dozent: Prof. Dr. Stefan Dittmaier
Zeit: 4 st., Mo 12-14, Di 10-12
Ort: SR GMH
Übungen: 2 st. Mi 14-16 SR III 
Beginn: 21.10.2013

Preliminary programme:

Prerequisites:

Literature:



Theoretical Quantum Optics
Dozenten: Prof. Dr. Andreas Buchleitner
Zeit: 4 st., Mo, Fr 14-16
Ort: HS I
Übungen: 2 st. Di 14-16 HS I
Beginn: 21.10.2013

Preliminary
programme:
The lecture addresses the fundamental aspects of light-matter interaction, with a special focus on the quantum properties (i.e., essentially the granularity) of light. Field theoretical elements from Quantum Electro Dynamics (QED) are merged with quantum statistical and semiclassical theory. Paradigmatic experimental scenarios of non-equilibrium quantum evolution will be discussed within this more general theoretical framework.

Prerequisites:

Quantum Mechanics I (Theoretical Physics IV)

Literature:


Classical Complex Dynamics
Dozent: apl. Prof. Dr. Oliver Mülken
Zeit: 4 st., Mi 14-16, Do 10-12
Ort: Di SR GMH
Übungen: Mi 16-18, SR GMH
Beginn: 23.10.2013
Vorlesungs link

Preliminary
programme:

In this lecture we will study different theoretical methods for describing the classical dynamics in complex systems. While in classical mechanics one treats systems which behave in a regular manner, dynamic processes in Nature or often chaotic, i.e., the behavior of a system strongly depends on the initial preparation of the system. In the first part of the lecture we will introduce concepts which allow us to describe such rich and complex behavior mathematically by resorting to some rather simple model systems. In the second part of the lecture we will invesitigate the stochastic nature of systems with large numbers of degrees of freedom. After introducing the mathematical foundations of stochastic processes, we will be able to describe various types of processes in physics or chemistry. Topics included are:
Prerequisites:

The lecture is intended for master students having passed the lectures Theoretical Physics I-V. Further concepts and mathematical methods will be introduced when necessary.


 
Literature:


Advanced Atomic and Molecular Physics
Dozent: Prof. Dr. Hanspeter Helm
Zeit: 4 st., Do, Fr 8-10
Ort: FMF SR A (Freiburger Materialforschungszentrum, Stefan-Meier-Str. 21)
Beginn: 24.10.2013

Preliminary programme:


Prerequisites:

Experimentalphysik I-III, Theoretische Physik I-III
 
Literature:


Advanced Particle Physics
Dozent: Prof. Dr. Karl Jakobs
Zeit: 3 st., Mo 10-12 (14-tgl.), Di 8-10
Ort: Mo SR I, Di HS II
Beginn: 22.10.2013

Preliminary programme:

Building on the knowledge acquired in the course Experimental Physics V (Kerne und Teilchen), the Standard Model of particle physics is discussed in detail. Besides the phenomenology, experimental tests at colliders are presented, including recent measurements performed at the CERN Large Hadron Collider. Problems of the Standard Model which motivate the search for extensions will be discussed as well, together with the present status of these searches.

The lectures are complemented by exercises, including computer simulations, with the aim to provide a solid foundation in experimental particle physics

Prerequisites:

Experimental Physics V

Literature:
    - F.Halzen und A.D.Martin, Quarks & Leptons, John Wiley Verlag.
    - P. Schmüser, Feynman-Graphen und Eichtheorien für Experimentalphysiker, Springer Verlag.
    - D. Griffiths, Einführung in die Elementarteilchenphysik, Akademie Verlag.


Detectors
Dozent: apl. Prof. Dr. Ulrich Landgraf
Zeit: 3 st., Do 10-12, Fr 9-10
Ort: Do SozR GMH, Fr SR GMH
Beginn: 21.10.2013

Preliminary programme:

Prerequisites:

Literature:



Term Paper: Science of Magic
Dozenten: JProf. Dr. David Groß
Course Link

Course description:

A range of non-trivial topics in physics and applied math can be discussed in the context of  magic tricks. The seminar will start with an introductory lecture on mixing times in Markov chains, which will lay the basis for the analysis of card shuffling tricks. Further topics to be treated include topology of knots and the electrodynamics of invisibility cloaks.

Literature:
Term Paper: Scattering and Diffraction in Optics and Particle Physics
Dozenten: Prof. Dr. Kay Königsmann, apl. Prof. Dr. Horst Fischer
Ort: Physics Highrise, room 715

Course description:
In this course we will discuss the following items:

- Diffraction on a slit and a grating
- Scattering of X-rays: Bragg diffraction
- Electron und neutron diffraction
- Rutherford and Mott scattering
- Form Factors of spin 0 particles
- Form Factors of protons and neutrons
- Deep inelastic electron scattering
- Deep inelastic neutrino scattering
- Spin structure of the nucleon
Literature:

Term Paper: Free Electron Lasers
Dozenten: PD Dr. Marcel Mudrich


Course description:

Free electron lasers (FELs) are unconventional realizations of the laser principle which use a relativistic electron beam that moves freely through a magnetic structure as a light-amplifying medium. The wide frequency range and the scalable output power make FELs versatile tools for spectroscopy, material analysis and medical applications. Recent advances have culminated in the realization of X-ray lasers delivering extremely intense ultrashort x-ray pulses which open up a totally new regime of light-matter interaction. In this seminar, we will discuss the foundations as well as recent experiments using these fascinating new light sources in a series of presentations given by the participating students.


Literature:
Term Paper: Planets in the Milky Way
Dozenten: Prof. Dr. Wolfgang Schmidt, Prof. Dr. Svetlana Berdyugina, Prof. Dr. Oskar von der Lühe, Dr. Markus Roth, Dr. Rolf Schlichenmaier
Zeit: 2 st., Fr 11-13
Ort: SR KIS, Schöneckstraße 6
Course Link

Vortragsvergabe: Freitag, 25. Oktober 2013, 11:15, Seminarraum KIS


Theoretical Astrophysics I
Dozenten: Prof. Dr. Svetlana Berdyugina, Dr. J. M. Borrero
Zeit: 3 st., Mi 10-13
Ort: SR KIS, Schöneckstraße 6
Beginn: 06.11.2013

Language:  lectures in English, execises in German or English

Preliminary programme:

1.Star Formation:
1.1 Gravitational Collapse
1.2 Effect of magnetic fields
1.3 Angular momentum problem
1.4 Protostars

2 Stellar Structure & Evolution:
2.1 Stellar structure equations
2.2 Physical state of gas
2.3 Stellar Engergy sources
2.4.Internal structure of stars
2.4 The main sequence
2.5 Stellar time scales
2.6 Evolution of Low-Mass Stars:
2.6.1 Red Giants
2.6.2 White Dwarfs
2.7Evolution of High-Mass stars:
2.7.1 Red supergiants
2.7.2 Core Collapse & Supernova
2.8 Stellar Remnants

3. Stellar atmospheres:
3.1 Overview on electromagnetic radiation
3.2 The radiative transfer equation for polarized light
3.3 The Zeemann and Paschen-Back effect
3.4 Solutions to the radiative transfer equation
3.5 Extension of absorption and dispersion profiles

Previous knowledge:

course "Introduction to Astronomy and Astrophysics" or equivalent

Literature:

Quantum Hall and Anderson Physics
Dozenten: Dr. Alberto Rodriguez, Prof. Dr. Andreas Buchleitner
Zeit: 3 st., Mi 14-17
Ort: SR I
Übungen: Do 16-18, SR I
Beginn: 23.10.2013

Preliminary programme:

This course describes fundamental quantum phenomena which are of key importance to understand current experiments in a variety of systems, from semiconductors to cold atoms. The three major topics covered are: adiabatic geometric phases, the quantum Hall effect, and Anderson localisation. The goal is to provide the students with a basic formalism, based on quantum mechanics, to understand and study these phenomena. When applicable, also some numerical approaches will be treated. We will make connection with experimental observations  and discuss related open questions.

(1) Geometric phases in quantum mechanics
       - Adiabatic evolution
       - Berry's phase
       - The Aharonov-Bohm effect
      
(2) Two-dimensional electron systems under external electro-magnetic fields
       - The classical Hall effect
       - Quantum mechanical description: Landau levels
       - The integer quantum Hall transition: scaling laws
       - Importance of disorder and localisation 
       - Many body effects: the fractional quantum Hall effect
  
(3) Anderson localisation
       - Scaling theory of localisation
       - The disorder-induced metal-insulator transition
       - Correlated disorder: one-dimensional systems
Previous knowledge:

The theoretical lectures of the BSc-Physics course. Some knowledge of solid state physics may be helpful but it is not essential.
The course is primarily aimed at Master students.

Literature:

Hydrodynamics
Dozenten: Dr. Prof. Antonio Ferriz-Mas, Dr. Markus Roth
Zeit: 3 st., Di, Do 16-18
Ort: SR III
Beginn: 29.10.2013

Preliminary programme:

The core of the lecture are topics 1 to 7. One or two fo the advanced topics (8-10) will be covered according to the preferences of the students.

Part I. Basic equations and concepts in Fluid Mechanics

1. Kinematics of the continuum. Spatial and material descriptions.
     1.1. Spatial (eulerian) and material (lagrangian) descriptions of the motion. Material derivative. Velocity and acceleration. Trajectories and streamlines.
     1.2. Deformation and vorticity tensors. Physical interpretation.
     1.3. Reynolds’ transport theorem.
      
2. Fundamental equations in Continuum Mechanics.
     2.1. Conservation of mass: continuity equation.
     2.2. Long-range (volume) forces and contact (surface) forces. Stress tensor.
     2.3. Momentum balance: equation of motion. Mechanical energy balance.
     2.4. Angular momentum balance: symmetry of the stress tensor.
     2.5. Conservation of energy and first principle of Thermodynamics.

3. Viscous fluids. Navier-Stokes equation.
     3.1. Hydrostatic pressure. Ideal fluid model. Euler’s equation.
     3.2. Stress tensor for a linearly viscous fluid. Newtonian fluid model. Coefficients of viscosity. Derivation of Navier-Stokes’ equation.
     3.3. Boundary conditions.
     3.4. Scale analysis and dimensionless numbers.

4. Energy equation for a Newtonian fluid.
     4.1. Second principle of Thermodynamics. Energy equation in the entropic representation. Concepts of adiabatic, isentropic and homoentropic motions.
     4.2. Heat conduction. Entropy sources.
     4.3. Alternative forms of expressing the energy equation.

5. The hydrodynamic equations in conservation form.
     5.1. Momentum equation in conservation form. The momentum flux tensor.
     5.2. Energy equation in conservation form. The energy flux vector.
     5.3. Derivation of the jump relations across a discontinuity. Tangential discontinuities and shock fronts. Rankine-Hugoniot relations.

6. Circulation and vorticity.
     6.1. Circulation and vorticity. Vortex tubes. Some kinematic results.
     6.2. Theorems of Kelvin and Helmholtz for ideal fluids.
     6.3. Navier-Stokes’ equation in terms of the vorticity. 2-D results.
     6.4. Crocco’s equation and Bernoulli’s theorems.

7. Sound waves in a homogeneous medium.
     7.1. Linearization. Wave equation. Characteristic speed.
     7.2. Plane and spherical waves. General solution. Boundary conditions and techniques of solutions. Standing waves.
     7.3. Energy and momentum of sound waves.


One or two among the following advanced topics will be dealt with in this course according to the preferences of the students.

Part II. Special topics.

8. Sound waves in a stratified medium.
     8.1. Obtention of the dispersion relation for gravito-acoustic waves.
     8.2. Physical properties of gravito-acoustic waves.
     8.3. p-modes and g-modes. Internal gravity waves.

9. Rotating fluids.
     9.1. Equation of motion in a non-inertial frame.
     9.2. Scale analysis of the equation of motion. Geostrophic approximation.
     9.3. Taylor-Proudman theorem. Geophysical and astrophysical applications.
     9.4. Geostrophic winds/currents.

10. The virial theorem and astrophysical applications.
     10.1. Derivation of the scalar virial theorem in Hydrodynamics. Interpretation of the various terms.
     10.2. Some astrophysical applications of the virial theorem: Stars in hydrostatic equilibrium; restriction on the ratio of specific heats. Quasistatic contraction as possible energy source. Kelvin-Helmholtz time scale. Free-fall time scale. Derivation of the relationship between the pulsation period and the mean stellar density for pulsating stars.


Literature:

Basic Literature on Fluid Mechanics
Basic Literature on Geophysical Fluid Dynamics


Electronic Structure of Matter
Dozent: Prof. Dr. Michael Moseler, PD Dr. Michael Walter
Zeit: 4 st., Mi, Fr 14-16
Ort: SR Westbau 2.OG
Beginn: 23.10.2013

Preliminary Programm:

Diese Vorlesung behandelt die quantentheoretischen und numerischen  Aspekte der elektronischen Struktur der Materie. Nach einer elementaren Einführung der Vielteilchen-Schrödinger-Gleichung werden schrittweise diverse Methoden vorgestellt, wie diese Gleichung für Atome, Moleküle, Cluster und Festkörper numerisch gelöst werden kann. Der Studierende wird hierbei u.a. mit Coupled-Cluster-Methoden, Configurational Interaction, Dichtefunktionaltheorie und Tight-Binding Bekanntschaft machen. Begleitet wird die Vorlesung durch numerische Übungen zur Berechnung der elektronischen Struktur einfacher Moleküle und Festkörper.

This lecture has its focus on quantum theory and numerical aspects of the electronic structure of matter. After an introduction of the many-body Schrödinger equation follows the presentation of various methods to solve it for atoms, molecules, clusters and solids. The students get acquainted to methods such as coupled cluster, configuration interaction, density functional theory and tight binding. In an accompanying hands-on course the electronic structure of simple molecules and solids will be calculated.

Prerequisites:

Quantenmechanik I (in die QM von Vielteilchensystemen wird eingeführt)

Literature:



Experimental Polymer Physics
Dozent: Prof. Dr. Günter Reiter
Zeit: 4 st., Do 10-12, Fr 8-10
Ort: Hochhaus Seminarraum 3.OG
Beginn: 24.10.2013


Preliminary Programm:

Prerequisites:

Literature:


Einführung in die Physik mit Experimenten für NaturwissenschaftlerInnen und UmweltwissenschaftlerInnen
Dozent: apl. Prof. Dr. Bernd v. Issendorff
Zeit: 4 st., Di 10-12, Do 9-11
Ort: Gr. HS
Beginn: 22.10.2013 

Vorläufiges Programm:
Alle physikalischen Themen werden durch eine Vielzahl von vorgeführten Experimenten veranschaulicht. Es werden praktische Anwendungen vorgestellt und Bezüge zu anderen Naturwissenschaften wie Biologie und Chemie hergestellt. Die Vorlesung bereitet auf die Teilnahme am Physikalischen Anfägerpraktium vor. Zur Vorlesung gehören wöchentlich ausgeteilte Übungsaufgaben, die selbstständig gerechnet werden sollen und anschliessend in den 8-10 angebotenen Übungsgruppen zur Vorlesung mit den Tutoren besprochen und erläutert werden.

Die Einteilung und Terminvergabe für die Übungen erfolgt in der ersten Vorlesungsstunde, eine Klausur findet am Semesterende statt.

Vorkenntnisse:

Die Vorlesung richtet sich an Studenten der Naturwissenschaften (Biologie, Chemie, Geologie etc.) im ersten Semester.

Einführende Literatur:
Grundlagen der Physik mit Experimenten für Studierende der Medizin, Zahnmedizin und Pharmazie
Dozent: apl. Prof. Dr. Horst Fischer
Zeit: 4 st., Mo, Fr 8-10
Ort: Gr. HS
Beginn: 25.10.2013

Vorläufiges Programm:
Es werden Grundbegriffe der Physik erläutert, dann die Mechanik starrer und deformierbarer Körper behandelt. Im Kapitel über Wellen werden mechanische, Schall- und Lichtwellen angesprochen. Es folgen die Wärme- und Elektrizitätslehre und darauf aufbauend die Optik. Zum Schluss werden Atom- und Kernphysik zusammen mit ionisierender Strahlung besprochen. Es wird versucht, die Beziehungen zu medizinischen bzw. pharmazeutischen Anwendungen hervorzuheben.
Außerdem werden begleitend in der Vorlesung Übungsaufgaben gerechnet, um auf die nachfolgenden Prüfungen optimal vorzubereiten.
Vorkenntnisse:
Die Vorlesung richtet sich an Studenten der Human- und Zahnmedizin sowie an Pharmazeuten.
Einführende Literatur:


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Berdyugina homepage email Theoretical Astrophysics I
Blumen homepage email Theoretische Physik III (Elektrodynamik und Spezielle Relativitätstheorie)
Breuer homepage email Advanced Quantum Mechanics
Buchleitner homepage email Theoretical Quantum Optics
Buchleitner homepage email Quantum Hall and Anderson Physics
Dittmaier homepage email Quantum Chromodynamics and Collider Physics
Elsässer homepage email Theoretical Models for Magnetic Solids
Ferriz-Mas homepage email Hydrodynamics
Filk homepage email Ausgewählte Kapitel der Theoretischen Physik für Lehramtsstudierende
Fischer homepage email Grundlagen der Physik mit Experimenten für Studierende der Medizin, Zahnmedizin und Pharmazie
Fischer homepage email Term Paper: Scattering and Diffraction in Optics and Particle Physics
Gross homepage email Term Paper: Science of Magic
Helm homepage email Advanced Atomic and Moleculra Physics
Helm homepage email Wissenschaftliches Rechnen mit MATHEMATICA®
Herten homepage email Experimentalphysik I (Einführung in die Physik I mit Experimenten für Studierende der Physik, Mathematik und Mikrosystemtechnik)
Ita homepage email General Relativity
Jakobs homepage email Advanced Particle Physics
Königsmann homepage email Experimentalphysik V (Kern- und Elementarteilchenphysik)
Königsmann homepage email Term Paper: Scattering and Diffraction in Optics and Particle Physics
Landgraf homepage email Detectors
Mintert homepage email Vorkurs Mathematik
Moseler homepage email Electronic Structure of Matter
Mülken homepage email Classical Complex Dynamics
Mudrich homepage email Term Paper: Free Electron Lasers
Reiter homepage email Experimental Polymer Physics
Rohrbach homepage email Lineare und Nichtlineare Optische Mikroskopie
Rohrbach homepage email Biophysik der Zelle
Schätz homepage email Experimentalphysik V (Spezielle Relativitätstheorie, Optik, Quantenphysik und Atomphysik)
Schmidt homepage email Term Paper: Planets in the Milky Way
Schumacher homepage email Datenanalyse für Naturwissenschaftler/innen: Statistische Methoden in Theorie und Praxis
Stock homepage email Theoretische Physik V (Statistische Physik)
Timmer homepage email Theoretische Physik I (Einführung in die mathematischen Methoden der Theoretischen Physik und Newtonsche Mechanik)
von der Lühe homepage email Term Paper: Planets in the Milky Way
von Issendorff homepage email Grundlagen der Physik mit Experimenten für NaturwissenschaftlerInnen und UmweltwissenschaftlerInnen
Wagner homepage email Grundlagen der Halbleiterphysik
Waldmann homepage email Nanomagnetism
Walter homepage email Electronic Structure of Matter
Walther homepage email Wissenschaftliches Rechnen mit MATHEMATICA®
Weber homepage email Solarthermie


Bearbeitung: M. Walther   walther@physik.uni-freiburg.de 
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Physikalisches Institut