Albert-Ludwigs-Universität-Freiburg
Physikalisches
Institut Hermann-Herder-Straße 3
Stand: 14.10.2014
Physikalisches
Institut
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zum Vorlesungsverzeichnis Wintersemester 2014/2015
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nach Dozenten
Vorkurs
Mathematik
Dozent: apl. Prof. Dr. Oliver
Mülken
Zeit:
Blockveranstaltung ganztägig, vor
Vorlesungsbeginn: 06.-10. Oktober
2014
Vorlesung:
täglich 9-12
Übungen:
nachmittgs 14-17 in Gruppen
Ort: Gr.
HS
Programm:
Auffrischen
mathematischer Grundkenntnisse:
Rechnen,
Ableiten, Integrieren, Analytische Geometrie und Lineare Algebra,
Statistik
und Wahrscheinlichkeitsrechnung
Vorkenntnisse:
keine,
Anmeldung nicht erforderlich!
Einführende
Literatur:
- Glaeser, Der
mathematische Werkzeugkasten, Elsevier (2006)
- Heft, Mathematischer Vorkurs,
Elsevier (2006)
- Korsch, Mathematik-Vorkurs,
Binomi Verlag (2004)
- Weltner,
Mathematik
für Physiker (12. Auflage), Springer (2001)
Experimentalphysik
I (Einführung in die Physik I mit Experimenten für
Studierende der
Physik, Mathematik und Mikrosystemtechnik)
Dozent:
Prof.
Dr. Tobias Schätz
Zeit: 4 st., Mo, Mi 10-12
Ort: Gr. HS
Beginn: 20.10.2014
Programm:
- Kinematik
des Massenpunktes und Newtonsche Mechanik
- Mechanik
starrer und
deformierbarer Körper
- Schwingungen
und Wellen
- Gase
und Flüssigkeiten
- Wärmelehre
Vorkenntnisse:
Schulphysik und
-mathematik
Einführende
Literatur:
- Gerthsen,
Physik,
Springer-Verlag
- Tipler,
Physik, Spektrum Verlag
- W.
Demtröder, Experimentalphysik 1, Mechanik und
Wärme,
Springer-Verlag
Experimentalphysik
III (Spezielle Relativitätstheorie, Optik, Quantenphysik und
Atomphysik)
Dozent:
Prof.
Dr. Frank Stienkemeier
Zeit: 4 st., Mi 8-10, Fr 10-12
Ort: Gr. HS
Beginn: 22.10.2014
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. Karl Jakobs
Zeit: 4 st., Di, Mi 10-12
Ort: HS II
Beginn: 21.10.2014
Übung: 2 st, nach Vereinbarung
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.
Die Themenschwerpunkte:
- Eigenschaften stabiler Atomkerne
- Zerfälle instabiler Kerne
- Streuprobleme
- Kernmodelle
- Einführung zu Elementarteilchen
- Symmetrien und Wechselwirkungen
- Das Quarkmodell
- Elektromagnetische Wechselwirkung
- Quantenchromodynamik
- Elektroschwache Wechselwirkung
- Neuste Ergebnisse vom LHC
Vorkenntnisse:
Quantenmechanik
Einführende
Literatur:
- T.
Mayer-Kuckuck, Kernphysik, Teubner Verlag
- J. Bleck-Neuhaus, Elementare Teilchen, Springer Verlag;
- Povh,
Rith,
Scholz, Zetsche, Teilchen und Kerne,
Springer Verlag
- D.
Griffiths, Einführung in die Elementarteilchenphysik, Akademie
Verlag
Theoretische
Physik I
(Einführung
in die mathematischen Methoden der Theoretischen Physik und
Newtonsche Mechanik)
Dozent: PD. Dr. Thomas Wellens
Zeit: 3 st., Di 10-12, Do 10-11
Ort: HS I
Beginn: 21.10.2014
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:
- Vektoren, Matrizen und lineare Abbildungen
- Newonsche Mechanik
- Differentiation und Integration in mehrerem Veränderlichen
- Newtonsches Gravitationsgesetz
- komplexe Zahlen und Differentialgleichungen
- Schwingungen
- Laplace- und Fouriertransformation
Vorkenntnisse:
Abiturwissen
Physik und Mathematik.
Die Teilnahme am Vorkurs Mathematik wird empfohlen.
Einführende
Literatur:
- J.B. Marion, Classical Mechanics of Particles and Systems, Thomson
- F. Embacher, Mathematische Grundlagen für das Lehramtsstudium Physik, Vieweg & Teubner, 2008
- R. Feynman, R Leighton, M. Sands, Vorlesungen über Physik, Band I, Mechanik Strahlung Wärme, Oldenbourg
- W. Nolting. Theoretische Physik 1: Klassische Mechanik
- K. Jänich, Analysis für Physiker und Ingenieure, Springer
Theoretische Physik III (Elektrodynamik und
Spezielle Relativitätstheorie)
Dozent: apl. Prof. Dr. Heinz-Peter Breuer
Zeit:
4 st., Mo 10-12, Do 11-13
Ort: HS I
Beginn: 20.10.2014
Vorlesungs link
Vorläufiges
Programm:
- Elektrostatik (Feldgleichungen, elektrisches
Potential, Poisson- und Laplace-Gleichungen, Randwertprobleme,
Green'sche Funktionen, Multipolentwicklung, E-Feld in Materie)
- Magnetostatik (Feldgleichungen,
Biot-Savart'sches Gesetz und Anwendungen, Vektorpotential, magnetisches
Moment, Magnetfeld in Materie)
- Elektrodynamik (Maxwell-Gleichungen,
elektrodynamische Potentiale, Eichfreiheit, Wellengleichungen,
Energiesatz, Maxwell'scher Spannungstensor)
- Elektromagnetische Wellen (Reflexion,
Brechung, Hohlleiter, Lienard-Wiechert-Potentiale, Dipolstrahlung,
Wellenausbreitung in Medien)
- Spezielle Relativitätstheorie
(kovariante Formulierung der Feldgleichungen, Lagrange-Formalismus
für Felder)
- Mathematische Ergänzungen
(delta-Distribution, Vektoranalysis, orthogonale Funktionensysteme,
Elemente der Funktionentheorie)
Vorkenntnisse:
Theoretische
Physik I und II
Einführende
Literatur:
- J.D. Jackson, Klassische Elektrodynamik
, De Gruyter
- T. Fließbach, Elektrodynamik: Lehrbuch zur
Theoretischen Physik II, Spektrum Akademischer Verlag
Theoretische
Physik V (Statistische Physik)
Dozent:
Prof.
Dr. Alexander Blumen
Zeit: 4 st., Mo, Mi 8-10
Ort: HS I
Beginn: 20.10.2014
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:
- Kerson
Huang, Statistical Mechanics, J. Wiley,
N.Y.
- L.E.
Reichl, A
Modern Course in Statistical Physics, Arnold Publ.
- G.
Adam,
O. Hittmair, Wärmetheorie, Vieweg
Datenanalyse
für Naturwissenschaftler/innen: Statistische
Methoden in Theorie und Praxis (BOK,
BSc, MSc, WP2)
Dozent:
apl. Prof.
Dr. Ulrich Landgraf
Zeit: 3 st., Mo 14-16, Di 14-16
(14-täglich)
Ort: SR I
Übungen: Mo 16-17, Di 14-16 (14-täglich), SR I
Beginn:
20.10.2014
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:
- Cowan, Statistical
Data Analysis, Oxford Univ
Press
- Brandt, Datenanalyse:
Mit statistischen Methoden und
Computerprogrammen, Spektrum
Akademischer Verlag
- Barlow, Statistics:
A Guide to the Use
of Statistical Methods in the
Physical Sciences, Wiley VCH
- Blobel
und Lohrmann, Statistische
und numerische Methoden der Datenanalyse, Teubner
Verlag
Biophysik der Zelle (BSc,
MSc, WP2)
Dozent:
Prof. Dr. Alexander Rohrbach
Zeit: 3 st., Di 10-13
Ort: IMTEK,
Gebäude 051, SR 00-006, Georges-Köhler-Allee
Beginn: 21.10.2014
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:
- Joe
Howard: Mechanics of Motor Proteins and the Cytoskeleton
- Gary
Boal: Mechanics of the Cell
- Rob
Phillips : Physical Biology of the Cell
Grundlagen der Halbleiterphysik
(BSc,
MSc)
Dozent: apl. Prof. Dr. Joachim Wagner
Zeit: 3 st., Fr 8-11
Ort: HS
II
Beginn: 24.10.2014
Vorläufiges
Programm:
- Kristallgitter,
anorganische Halbleitermaterialen (z.B. Si, Ge, GaAs)
- Herstellung
von Halbleiter-Volumenkristallen und epitaktischen Schichten
- Elektronische
Bandstruktur, Tight-binding vs. Ein-Elektronen-Modell
- n-
und p-Dotierung, effektive Masse
- Zustandsdichte,
Ladungsträgerstatistik
- elektronischer
Transport, Felder und Ströme, p-n-Übergang
- Quantisierungseffekte
in Halbleitern, 2D-, 1D- und 0D-Halbleiterheterostrukturen
- Halbleiter-Quantenfilme
und –Übergitter
Vorkenntnisse:
Experimentalphysik
IV (Kondensierte Materie)
Einführende
Literatur:
- Ibach/Lüth, Festkörperphysik
- K.
Seeger, Semiconductor
Physics
- P.Y.
Yu, M. Cardona, Fundamentals
of Semiconductors
Solarthermie (BSc,
MSc, WP2)
Dozenten: Prof. Dr. Eicke Weber,
Dr. Werner Platzer, Dipl.-Ing. (FH) Korbinian Kramer
Zeit: 2 st., Di 8:15-10
Ort:
SR Westbau
2.OG
Beginn: 21.10.2014
Vorläufiges
Programm:
Vorkenntnisse:
Einführende
Literatur:
Wissenschaftliches
Rechnen mit
MATHEMATICA® (BOK)
Dozent:
Prof. Dr. Hanspeter Helm, PD.
Dr. Markus Walther
Zeit: 3 st., Mi
14-17
Ort:
GMH CIP II
Beginn:
22.10.2014
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:
Ausgewählte Kapitel der
Theoretischen Physik für Lehramtsstudierende
Dozent: apl. Prof. Dr. Thomas Filk
Zeit:
4 st., Di 10-12, Mi 10-11
Ort: Westbau SR 2.OG
Beginn: 21.10.2014
Vorläufiges
Programm:
Schwerpunkte:
Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie
Vorkenntnisse:
Theoretische
Physik I-III; Fortgeschrittene Theoretische Physik für
Lehramtsstudierende oder Theoretische Physik IV
Fachdidaktik
II
Dozent: Dr. Patrick Vogt
(Veranstaltung
der Pädagogischen Hochschule)
Zeit: Do 13-17
Ort: Pädagogische
Hochschule KG 3-111
Termine: 08.01., 15.01., 22.01., 29.01., 05.02.,
12.02.
Vorläufiges
Programm:
Einführende
Literatur:
Advanced
Quantum Mechanics
(MSc)
Dozent: Prof. Dr. Stefan Dittmaier
Zeit:
4 st., Mi, Fr 10-12
Ort: HS I
Beginn: 22.10.2014
Course Link
Preliminary
programme:
- Scattering theory
- Scattering amplitude and cross section
- Partial wave expansion
- Born series
- Angular momentum
and spin
- Algebraic derivation of the spectrum
- Half-integer angular momenta and spin
- Symmetries and invariances in quantum
mechanics, representation theory
- Decomposition into irreducible
representations, addition of angular momenta and Wigner-Eckart theorem
- Time-dependent
perturbation theory
- The Dyson series for time-dependent
perturbations
- Transitions into a continuum: Fermi's
golden rule
- Example: Photo-ionization
- Many-body
systems
- Systems of distinguishable particles
- Indistinguishable particles: Fermi and Bose
systems, spin-statistics theorem
- Variational principles, Hartree and
Hartree-Fock approximation
- Interaction of
radiation with matter
- Quantization of the electromagnetic field
- Interaction Hamiltonian
- Example: Emission and absorption of
radiation
- Relativistic quantum mechanics and quantum
field theory
- Dirac equation
- Quantization of the Dirac field
- Quantum electrodynamics
Prerequisites:
Theoretical
Physics IV - Quantum Mechanics
Literature:
- A. Galindo, P.
Pascual, Quantum
Mechanics II (Springer-Verlag)
- G. Grawert, Quantenmechanik
(Akademische Verlagsgesellschaft)
- W. Nolting, Grundkurs Theoretische Physik 5/2
(Springer-Verlag)
- F. Schwabl, Quantenmechanik, Quantenmechanik
für Fortgeschrittene (Springer-Verlag)
- N. Straumann, Quantenmechanik
(Springer-Verlag)
Introduction to General Relativity
Dozent:
JProf.
Dr. Harald Ita
Zeit: 4 st., Mo 12-14, Di 8-10
Ort: SR I
Übungen: Mo 14-16, SR III
Beginn:
20.10.2014
Vorlesungs link
Preliminary
programme:
- Special relativity and flat spacetime
- Curved spacetimes and their mathematical
description (tensors, manifolds, curvature)
- Gravity and its physics in curved spacetimes
- Special solutions to Einstein's equations
(Schwarzschild solution, cosmology)
- Perturbation theory and gravitational
radiation
Prerequisites:
Electrodynamics and Special Relativity
Requirements for Academic Record:
- active and regular participation in the
tutorials, including solutions to 50% of the homework problems.
- in case an exam (
"Prüfungsleistung") is required, an oral exam will
be offered. Prerequisite is the successful participation in the
tutorials.
Further details will be given in the
lecture/tutorials.
Literature:
- Sean M. Carroll: "Spacetime and
Geometry"
- R.U. Sexl / H.K. Urbantke: "Gravitation und
Kosmologie"
- R.M. Wald: "General Relativity"
- C.W. Misner / K.S. Thorne / J.A. Wheeler:
"Gravitation"
Classical
Complex Systems
Dozent Prof.
Dr. Jens Timmer
Zeit: 4 st., Di 10-12, Do 12-14
Ort: Di, Do SR I
Übungen: Mi 14-16, GMH CIP I
Beginn: 21.10.2014
Vorlesungs link
Preliminary programme:
- The direct and the inverse problem
- Stochastic processes
- Nonlinear dynamics
- Numerical methods
- Ill-posed problems
- Spectral analysis
- State space modelling
...
Literature:
Particle Detectors
Dozenten: Prof. Dr. Gregor
Herten, Dr. Andrea Di Simone
Zeit: 3 st., Di, Mi 12-14
Ort: SR
GMH
Beginn: 21.10.2014
Preliminary programme:
The
lecture and exercise will cover the modern methods of particle
detectors. After reviewing the basics of particle interactions with
matter the main particle detectors concepts are discussed, like Energy
and momentum measurements, position measurement and tracking, particle
identifications, large detector systems, electronics and
online
data reduction with triggers. Real example will be discussed in the
area of particle physics, e.g. LHC, astroparticle physics and medical
applications.
Special emphasis is given in the exercises to get hands-on experience
and to get acquainted with modern tools of computer simulations of
particle detectors and practical applications in the lab.
Literature:
- K. Kleinknecht, Detektoren für
Teilchenstrahlung, Teubner Verlag
- W.R. Leo, Techniques for Nuclear and Particle
Physics Experiments, Springer Verlag
- C. Grupen, Teilchendetektoren, BI
Wissenschaftsverlag
Advanced
Atomic and Molecular Physics
Dozent:
PD
Dr. Marcel Mudrich
Zeit: 4 st., Mo 12-14, Mi 16-18
Ort: SR Westbau 2.OG
Übungen: Fr 14-16, SR Westbau 2.OG
Beginn: 20.10.2014
Preliminary programme
- Introduction: Modern experiments with atoms and molecules
- Recap of the basics of quantum mechanics, the H-atom, light-matter interaction
- Light-matter interaction: Absorption and emission, two-level system, photoionization
- Diatomic molecules: Structure and spectra
- Polyatomic molecules: Symmetries and transitions
- Clusters and nanoparticles
The lecture
extends the basics of atomic and molecular physics in the direction of
light-matter interaction (the two-level system, dressed states,
radiation forces, laser cooling, multi-photon ionization, strong
fields) and scattering physics (elastic, inelastic, reactive
collisions). After reviewing the basic concepts of diatomic molecules,
spectra of diatomic and polyatomic molecules will be discussed in
detail (rotational, vibrational, electronic, Raman transitions,
selection rules, photodissociation, autoionization). An outlook on the
physics of clusters and nanoparticles will be given.
The lecture is complemented by exercises, practical lab experiments, and discussion of recent publications.
Prerequisites:
Theoretical Physics III (quantum mechanics) and Experimental Physics III, IV (atomic and molecular physics)
Literature:
- Hertel, Schulz, Atome, Moleküle und optische Physik 1, 2
- Demtröder: Molekülphysik
- Haken, Wolf, Molekülphysik und Quantenchemie
- Demtröder: Laserspektroskopie 1, 2
Advanced Particle Physics
Dozent:
Prof. Dr. Markus Schumacher
Zeit: 3 st., Mo 10-12 (14-tgl.), Di 10-12
Ort: SR
GMH
Beginn: 20.10.2014
Preliminary programme:
- Introduction
- Neutrino physics
- Quantum electrodynamics (Theoretical
introduction, exp. tests, lepton-proton scattering)
- Quantum Chromodynamics (Theory and experimental
tests)
- Electroweak theory (phenomenology, experimental
tests at LEP and hadron colliders)
- Physics of the Higgs boson
- Search for supersymmetry and other extensions
of the Standard Model
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.
Condensed Matter I: Solid State
Physics
Dozent:
Prof. Dr. Oliver Waldmann
Zeit: 4 st., Di, Mi 12-14
Ort: HS
II
Beginn: 21.10.2014
Preliminary programme:
- Atomic structure of matter
- Lattice dynamics, phonons
- Electronic structure of materials
- Optical properties
- Magnetism/Superconductivity
Prerequisites:
Experimental Physics III, IV
Literature:
Term Paper: Spectroscopy in
Astrophysics
Dozenten:
PD Dr. Markus Roth, apl. Prof. Dr. Wolfgang Schmidt
Course
description:
Literature:
Astrobiology
Dozenten: Prof. Dr. Svetlana Berdyugina
Zeit: 3 st. Mi 10-13
Ort: SR KIS, Schöneckstraße 6
Beginn: 22.10.2014
Preliminary
programme:
- Building blocks of life
- Origin of chemical elements
- Exoplanets
- Solar system
- Habitability
- Origin of Earth and life on Earth
- Search for extraterrestrial life
- Space hazards
- Extraterrestrial intelligent life
Literature:
Superconductivity
1
Dozent:
Prof.
Dr. Christian Elsässer
Zeit:
2 st., Fr 8-10
Ort: SR I
Übungen:
14-tägig, 2 st.,
Ort und Zeit nach Vereinbarung (1 SWS)
Beginn: 24.10.2014
in englischer oder deutscher Sprache nach Vereinbarung
Program:
- Introduction
to the quantum mechanics of homogeneous superconductors; Cooper's
problem.
- Electron-phonon
interaction in normal metals and superconductors.
- Theory of
Bardeen, Cooper and Schrieffer; the energy gap; experimental
observations.
- Thermal and
optical excitations; derivation of thermodynamic properties.
- Quantum
mechanics of inhomogeneous superconductors
In
Superconductivity 2 (SS 2015), the microscopic theory of
superconductivity will be addressed.
Literature,
e.g.:
- M. Tinkham, Introduction to Superconductivity
- W. Buckel u.R. Kleiner, Supraleitung: Grundlagen und Anwendungen
Phase Transitions and Critical Phenomena
Dozenten: apl. Prof. Dr. Oliver Mülken
Zeit: 3 st., Mo 8:45-12
Ort: SR Westbau 2.OG
Beginn:
24.10.2014
Course Link
Program:
Phase
transitons are to be found in many fields of physics. For instance,
water has basically three different states of matter (phases): gaseous,
liquid, and solid. As it turns out, the mathematical description of,
say, the liquid-gas transtion is analogous to the description of
transitions in ferro-magnetic systems. Another example are bosons,
which can condense to a collective state at low enough temperatures,
this is known as Bose-Einstein condensation. While the above mentioned
examples manifest itself in changes of thermodynamic properties, e.g.,
the specific heat, there are also so-called quantum phase transitions
between certain quantum states at zero degrees Kelvin. In the lecture,
we will discuss the various mathematical approaches and concepts for
describing (quantum) phase transtions.
Phase transitons are an intriguing field of research. Its studies have also lead to the award of several Noble prizes:
1968: L. Onsager for his work on the thermodynamics of irreversible processes
1972: J. Bardeen, L. N. Cooper, and J. R. Schrieffer for their work on superconductivity
1982: K. G. Wilson for his work on renormalizaion group theory
1991: P.-G. de Gennes for his work on complex forms of matter
2001: E. A. Cornell, C. E. Wieman, and W. Ketterle for their work on Bose-Einstein condensation
Schedule:
- Introduction and basic concepts
- Critical exponents
- Landau theory
- Scaling hypothesis for thermodynamic functions
- Microscopic theories
- Model systems
- Fluctuations
- Renormalization group theory
- Quantum phase transitions
- Bose-Einstein condensation
Previous knowledge:
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:
- H. E. Stanley, Introduction to Phase Transitions and Critical Phenomena, Oxford University Press, Oxford (1971)
- S. K. Ma, Modern Theory of Critical Phenomena, W. A. Benjamin, Reading (1976)
- W. Gebhardt & U. Krey, Phasenübergänge und kritische Phänomene, Vieweg Verlag
- Landau&Lifschitz, V Statistische Physik - Teil 1
- S. Sachdev, Quantum Phase Transitions. Cambridge University Press, Cambridge (2000)
Experimental
Polymer Physics
Dozent:
Prof.
Dr. Günter Reiter
Zeit: 4 st., Do, Fr 9-10
Ort: Hochhaus Seminarraum 3.OG
Beginn:
23.10.2014
Program:
Prerequisites:
Literature:
Photonic Imaging
Dozent: Prof.
Dr. Alexander Rohrbach
Zeit: 3 st., Mi 13-16
Ort: SR I
Übungen: n. Vereinbarung
Beginn: 22.10.2014
Contents:
1. Microscopy: History, Presence and Future
2. Wave- and Fourier-Optics
3. 3D optical imaging and information transfer
4. Contrast enhancement by Fourier-filtering
5. Fluorescence – basics and techniques
6. Scanning microscopy: from confocal to 4pi microscopy
7. Microscopy with self-reconstructing beams
8. Optical tomography
9. Nearfield and evanescent field microscopy
10. Super-resolution using structured illumination
11. Multi-Photon-Microscopy
12. Super resolution by switching single molecules
About the lecture:
The
scientific breakthroughs and technological developments in optical
microscopy and imaging have experienced a real revolution over the last
10-15 years. Hence, the 2014 Nobel-Prize for super-resolution
microscopy could be seen as a logical consequence. This lecture gives
an overview about physical principles and techniques used in modern
photonic imaging.
Goals:
The
student should learn how to guide light through optical systems, how
optical information can be described very advantageously by
three-dimensional transfer functions in Fourier space, how phase
information can be transformed to amplitude information to generate
image contrast. Furthermore one should experience that wave diffraction
is not reducing the information and how to circumvent the optical
resolution limit. The student should learn to distinguish between
coherent and incoherent imaging, learn about modern techniques using
self-reconstructing laser beams, two photon excitation, fluorophores
depletion through stimulated emission (STED) or multi-wave mixing by
coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS).
The lecture has an
ongoing emphasis on applications, but nevertheless presents a mixture
of fundamental physics, compact mathematical descriptions and many
examples and illustrations. The lecture aims to encompass the current
state of a scientific field, which will influence the fields of
nanotechnology and biology/medicine quite significantly.
In the
tutorials the contents of the lecture will be strengthened and
consolidated. In particular transfer thinking will be trained. The
students must work on the weekly distributed exercises and then present
the results in class after one week. The solutions of the more
difficult exercises might be presented by the tutor.
Prerequisites:
Literature:
Modern Methods of Quantum Chromodynamics
Dozent: Dr. Christian Schwinn
Zeit: 3 st., Mi 12-14, Fr 14-16
Ort: Mi SR Westbau 2. OG, Fr SR GMH
Übungen: n. Vereinbarung
Beginn: 21.10.2014
Program:
Literature:
Theory and Simulation of Molecular Dynamics
Dozent: Prof.
Dr. Gerhard Stock
Zeit: 3 st., Mo 14-16, Do 14-15
Ort: HS II
Beginn: 20.10.2014
Program:
I. Computational Physics
Why doing simulations?
II. Molecular systems
Biomolecules
Non-covalent interactions
Van der Waals forces
Electrostatics
Water and the hydrophobic effect
III. Statistical Mechanics
Statistical description and probability
Equilibrium: the second law of thermodynamics
Entropy
The partition function
Ensembles and thermodynamics potentials
IV. Molecular Dynamics
Monte-Carlo and molecular dynamics
The force-field
Integration of the equation of motion
Sampling methods
Analysis
Normal mode analysis
V. Fundamental Stochastic Processes
A simple system: the two state model
Activation energies
Transition state theory: Kramers theory
The reaction coordinate
Markov processes
Prerequisites:
Basic knowledge of classical mechanics and thermodynamics.
Literature:
- D. Chandler: Introduction to Modern Statistical Dynamics
- D. Frenkel & B. Smit: Understanding Molecular Simulation
- A. Leach: Molecular Modeling
Einführung in das Standard Modell der Teilchenphysik und Erweiterungen
Dozent: Prof. Jochum van der Bij
Zeit: 3 st., Do 10-12, Fr 13-14
Übungen: Fr 14-16
Ort: SR III
Beginn: 23.10.2014
Program:
Prerequisites:
Literature:
Solar Physics
Dozent: Prof. Oskar von der Lühe
Zeit: 2 st., Mi 14-16
Ort: SR KIS
Übungen: n. Vereinbarung
Beginn: 22.10.2014
Program:
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: 21.10.2014
Vorläufiges
Programm:
- Grundbegriffe der Physik
- Mechanik starrer und deformierbarer
Körper
- mechanische, Schall- und Lichtwellen
- Wärme- und
Elektrizitätslehre
- Optik
- Ionisierende Strahlung, Atom- und Kernphysik
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:
- Tipler: Physik
für Wissenschaftler und Ingenieure
- Pitka u.a.: Physik Grundkurs
- Stroppe: Physik
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: 27.10.2014
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:
- Physik
für Mediziner und Pharmazeuten, V. Harms im Harms
Verlag
- Übungsbuch
dazu, V. Harms im Harms Verlag
- Physik
für Mediziner, U. Harten im Springer Verlag
- Physik
für Mediziner, W. Seibt im Thieme Verlag
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Bearbeitung: M. Walther walther@physik.uni-freiburg.de
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Albert-Ludwigs-Universität-Freiburg
Physikalisches
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