Sommersemester 2024

Lehrinhalt

• Galaxien: Aufbau und Eigenschaften normaler Galaxien und der
Milchstraße; Skalierungsrelationen; Spektren; Leuchtkraftfunktion;
kosmologische Entwicklung der Sternentstehung; schwarze Löcher in
Galaxien, aktive Galaxien und ihre Eigenschaften; vereinheitlichte Modelle
• Galaxienhaufen: optische Eigenschaften und Haufengas;
hydrostatisches Modell; Skalierungsrelationen; Häufigkeit und Entwicklung
• Gravitationslinsen: Grundlagen, Massenverteilung in Galaxien und
Galaxienhaufen; kosmologischer Linseneffekt
• Großräumige Verteilung von Galaxien und Gas: Strukturen in der
räumlichen Galaxienverteilung; Rotverschiebungseffekte; Biasing; Lyman-α-
Wald; Gunn-Peterson-Effekt und kosmische Reionisation
• Kosmologische Rahmenbedingungen: Friedmann-Lemaître-Modelle,
kosmologisches Standardmodell; Ursprung und Entwicklung von Strukturen;
Halos aus dunkler Materie; Entstehung von Galaxien

Lehrinhalt

* Optical telescopes: optics and characteristic parameters, telescope types, diffraction, resolution, aberrations and corrections, applications
* Optical detectors: detector types, semiconductors and CCDs, quantum efficiency, readout, noise sources, multi-chip cameras, applications
* Imaging: techniques, photometry, data reduction and characterisation, signal-to-noise
* Atmospheric effects and corrections: extinction, turbulence, seeing, active and adaptive optics, laser guide stars, applications
* Spectroscopy: types of spectrographs and spectrometers, dispersive elements, integral field units, data reduction and characterisation, applications
* Infrared astronomy: detectors and techniques, sources, applications
* Radio astronomy: detectors and instrumentation, synthesis techniques, types of radiation and sources, applications
* Astronomical interferometry: wavelength regimes, instrumentation, applications
* X-ray and gamma-ray astronomy: detectors and instrumentation, types of radiation and sources, applications
* Astroparticle physics: neutrino and Cherenkov detectors, sources and acceleration mechanisms of neutrinos and cosmic rays, applications
* Gravitational-wave astronomy: detection, sources, applications.
* In-situ exploration and remote sensing.

Lehrziel

After completing this course, the students have firm insight into the concepts, technologies, and the underlying physical principles and limitations of modern observational techniques along with scientific applications. They have knowledge of basic detector designs for different types of radiation and particles. They understand the environmental influence on astronomical observations. They are able to select and judge the adequate observational technique for studying an astronomical object of interest.

Lehrinhalt

- Astronomical basics: astronomical observations, methods and instruments;
orientation at the celestial sphere; fundamental terms of electromagnetic
radiation; distance determination, Earth-Moon system; terrestrial and gas
planets, small bodies; extra-solar-planets
- Inner structure of stars: state variables, stellar atmospheres and line
spectra; Hertzsprung-Russell diagram; fundamental equations, energy
transfer and opacity; nuclear reaction rates and tunnelling; nuclear fusion
reactions
- Stellar evolution: Main sequence, giants and late phases; white dwarfs,
Chandrasekhar limit; supernovae, neutron stars, Pulsars and supernova
remnants; binaries and multiple systems; star clusters
- Interstellar medium: cold, warm, hot gas phases dust, cosmic rays,
magnetic fields; ionization and recombination, Stroemgren spheres; heating
and cooling; star formation, matter cycle, chemical enrichment
- Galaxies: Structure and properties of normal galaxies and the Milky Way;
scaling relations; integrated spectra, luminosity function; cosmological
evolution of star formation; Black Holes in galaxies, active galaxies and their
properties, unified models
- Galaxy clusters: optical properties and cluster gas; hydrostatic model;
scaling relations; number densities and evolution
- Gravitational lensing: Concepts, mass distribution in galaxies and galaxy
clusters; cosmological lensing effect
- Large scale distribution of galaxies and gas: Structure in the spatial galaxy
distribution; redshift effects; biasing; Lyman-α-forest; Gunn-Peterson effect
and cosmic reionization
- Cosmology: Friedmann-Lemaître models, cosmological standard model;
origin and evolution of structures; halos of Dark Matter; Formation of
galaxies

Lehrziel

The students have gained basic knowledge and understanding of astronomical objects, measuring units and methods, and the relevant astrophysical processes. They have a firm grasp of the fundamental interrelations of objects and processes on different scales. They are able to reproduce the basic features of the modern world view including the physical reasoning, and connect astronomical and astrophysical phenomena to previously acquired knowledge in physics.

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Lehrinhalt

Lecture: Thursdays, 14:15-15:45
Tutorial Group 1: Thursday, 15:45-17:15
Tutorial Group 2: Thursday, 15:45-17:15 (possible second group)

Location: 
Philosophenweg 12, Kleiner Hörsaal

Preliminary Schedule:
18.4.24: Introduction (Stefan Jordan)
25.4.24: Stellar structure 1 (Ralf Klessen)
02.5.24: Stellar structure 2 (Ralf Klessen)
09.5.24: Himmelfahrt
16.5.24: Stellar structure 3 (Ralf Klessen)
23.5.24: Energy transport (Stefan Jordan)
30.5.24: Fronleichnam
06.6.24: Energy production (Stefan Jordan)
13.6.24: Main sequence (Stefan Jordan)
20.6.24: Stellar evolution to the AGB (Stefan Jordan)
27.6.24: Late stages of stellar evolution (Stefan Jordan)
04.7.24: Stellar atmospheres, stellar spectra (Stefan Jordan)
11.7.24: Stellar pulsations, rotation, magnetic fields (Ralf Klessen)
18.7.23: Stellar spectra (Ralf Klessen)
25.7.23: Written exam (Ralf Klessen, Stefan Jordan)

Seminar:
 2-3 full days between July 29 and  Aug 2, 2023

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Lehrinhalt

Module Part 1: Lecture “Galactic and Extragalactic Astronomy” (4 CP)
- Galaxy types and classification, correlations with physical properties,
stellar populations, population synthesis, chemical evolution concepts and
models (2);
- Milky Way (3): halo, bulge / pseudo bulge, central black hole, thin and
thick disk, spiral structure, star clusters, star formation history and chemical
enrichment, formation scenarios (e.g., Eggen-Lynden-Bell-Sandage), multi-
phase interstellar medium, dust, Galactic fountain, satellites, substructure
problem, Local Group;
- Spiral and elliptical galaxies (4): Surface photometry, profiles, origin of
spiral structure, mass measurement methods, rotation / velocity dispersion,
Tully-Fisher / Faber-Jackson relation, fundamental plane, super massive
black holes, active galaxies;
- Groups and clusters (3): morphology-density relation etc., mass
measurements, gravitational lensing, luminosity functions, interactions;
intergalactic gas; dark matter;
- Growth of structure (3): Origin of matter and elements, large-scale-
structure formation, large-scale matter distribution, redshift surveys, weak
lensing, galaxy formation and evolution, red / blue sequence, downsizing,
scaling relations, Butcher-Oemler effect, cosmic star formation history,
Lyman alpha forest, high-redshift universe, reionization, problems in galaxy
formation.

Module Part 2: Seminar (2 CP)
- Presentations and discussions on selected topics in Galactic and
extragalactic astronomy

Lehrziel

When successfully completing this course, the students are able to report on the properties of the wide range of galaxy types, understand their origin and evolution, and can elucidate the physical factors governing their evolution. They understand the main physical processes that shape the appearance of galaxies and galaxy clusters. They know about the connection between cosmological structure formation and the populations of visible objects. They have gained experience in applying dimensional and scaling arguments to estimate the relative importance of different physical processes.

Lehrinhalt

- Friedmann-Lemaître-cosmologies: cosmological redshift, parameter
set, effects of curvature and of the cosmological constant, Hubble
expansion and Cepheid-measurements
- Age of the Universe: age from the cosmological model, radiometric
dating and nuclear cosmochronology, age of the oldest cosmic
objects
- Distance-redshift relation of standard candles: distance-redshift
relations, calibration of supernovae, acceleration and dimming,
determination of densities and equations of state, evidence for dark
energy
- Abundance of chemical elements: thermal evolution, big bang
nucleosynthesis, other modes of nucleosynthesis (stellar, spallation,
explosive), reaction chains, element abundances
- Cosmic microwave background: formation of atoms, simplified
description of temperature anisotropies, measurement results and
conclusions from them (in particular spatial flatness), secondary
anisotropies
- Cosmic structures: linear growth, need for (nonbaryonic) dark
matter, large-scale distribution of galaxies, cosmic web
- Formation of galaxies: gravitational collapse, flat rotation curves
and virial equilibria, need for dark matter, abundance of haloes
- Gravitational lensing: gravitational light deflection, lens equation,
weak and strong lensing, measurements of lensing effects and their
inversion

Lehrziel

In this course, students gain fundamental understanding of the cosmological standard model and the cosmological evolution, including the impact of the basic observations and the connection to the physical framework. They gain a solid overview of the empirical basis of modern cosmology.

Lehrinhalt

The course introduces data access and processing with the Virtual
Observatory (VO), focusing in particular on the VO's query language
ADQL and means to exploit the VO's capabilities from python.

For organisatorial matters, please refer to the course's page:
https://moodle.uni-heidelberg.de/course/view.php?id=22352

In case you already had contact with the Virtual Observatory, you
are also welcome to only attend selected lectures; for the semester
plan, see our lecture notes at https://docs.g-vo.org/vo2024.pdf.
No registration or appointment necessary.

Lehrinhalt

See the English page

Lehrinhalt

Systems of star clusters (APOD40616):
-->> cluster age and mass distributions, formation/evolution/observational-biases interplay
Cluster age and mass estimates from their integrated photometry
--> introduction to stellar population synthesis models
Cluster dynamical evolution - Gas-free evolution (SDSS web site):
-->> clusters lose stars and eventually dissolve
From gas-embedded clusters to gas-free ones (APOD120715, APOD120903 ):
-->> expulsion of residual star-forming gas and consequences
Formation of star clusters (MNRAS web site):
-->> Modelling of star cluster formation, concept of star formation efficiency per freefall time, gas density-probability distribution functions
Colour-magnitude diagrams (HST web site):
-->> cluster age estimates for the resolved stellar-population case, kinematic-based "cleansing" of cluster CMDs

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Lehrinhalt

Vorgestellt werden aktuelle Fragestellungen der Forschung und zur Zeit laufende 
oder in Planung befindliche Forschungsprojekte. 
Themen sind: Schwarze Löcher (stellar, intermediär, supermassiv), Gravitationslinsen, Gravitationswellen, Dunkle Materie, etc.

Termine und Themen sind auf folgender Webseite zu finden:
https://blog.mpifr-bonn.mpg.de/silkebritzen/vorlesung-universitat-heidelberg/

Die Veranstaltung findet online statt und beginnt am 19.04. um 14 Uhr.

Der zoom-link lautet:
https://eu02web.zoom-x.de/j/9084381833?pwd=YU1UdWJRa1BzajF4Tyt4YVlSdU1BUT09 
Meeting ID: 908 438 1833

Lehrziel

Mein Ziel ist es, Interesse an aktuellen Fragen der Forschung zu wecken und über  spannende Forschungsprojekte zu informieren. Des Weiteren möchte ich den  Studenten Informationen über den Alltag in der Forschung liefern und Möglichkeiten für Master- und Doktorarbeiten aufzeigen.

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Lehrinhalt

Why do stars lose mass and what are the mechanisms behind it? This lecture will provide on overview of the different types of winds we find in stars and their physical origin. After exploring the different wind regimes (solar wind, hot stars, cool stars), the lecture will also cover the consequences of strong mass outflow on the evolution and environment of stars.

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Lehrinhalt

The course "Introduction to Computational Physics" can be part of both Bachelor and Master studies in physics. Its description can be found in the Bachelor Handbook under THIS link.

Regarding physical knowledge, basic knowledge is again useful for a deeper understanding (we will work on topics from mechanics, statistical physics and quantum mechanics, for example), but the technical/numerical tasks can be solved by only following the explanations in the lecture and tutorials.

Lehrinhalt

We will treat the following topics:
• Spectroscopy and metrology
• Atom-light interactions
• Cavity Quantum Electrodynamics 
• Matter waves
• Cooling and trapping
• Mass measurements
• Quantum gases
• (Ultracold) Collisions
• Single atoms and molecules
• Quantum information
• Femto- and attosecond processes

Lehrziel

After completing this course the students will be able to ż describe modern aspects of experimental research in atomic, molecular and optical physics, ż analyse standard experimental approaches of atomic, molecular and optical physics, ż design simple experimental set-ups in atomic, molecular and optical physics, ż apply the methods to simple practical examples.

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Lehrinhalt

s. Module Handbook

Lehrziel

s. Module Handbook

Lehrinhalt

s. Module Handbook

Lehrziel

s. Module Handbook

Lehrinhalt

s. Module Handbook

Lehrziel

s. Module Handbook

Lehrinhalt

Subject: Magnetic Resonance Imaging (MRI) and Nuclear Medicine

See website:
https://medphysrad-teaching.dkfz.de/medphys2.html

Lehrinhalt

**** WICHTIGE MITTEILUNG ****
Diese Lehrveranstaltung wurde abgesagt.

Lehrinhalt

Strahlenarten und biophysikalische Wirkung; Dosis und LET; Strahlenschäden bei Zellen und Reparaturmechanismen; Dosis-Wirkung.Modelle; Dosimetrie; Grundlagen der Strahlendiagnostik und -therapie

Lehrinhalt

Die Vorlesung setzt die die Einführungsvorlesung "Introduction to Radiation Biophysics" aus dem SS 2023 fort.

Lehrinhalt

* Structure of solids in real and reciprocal space
* Lattice dynamics and phonon band structure
* Thermal properties of insulators
* Electronic properties of metals and semiconductors: band structure and transport
* Optical properties from microwaves to UV
* Magnetism
* Superconductivity
* Defects, surfaces, disorder
(each chapter includes experimental basics)

Lehrziel

After completing the course the students - have gained a thorough understanding of the fundamentals of condensed matter physics and can apply concepts of many-particle quantum mechanics to pose and solve relevant problems. - will be able to describe the priciples of formation of solids and can propose appropriate experimental methods to study structural properties. They are familiar with and can apply the concept of reciprocal space. - they can apply fundamental electronic models to explain and predict properties of crystalline materials as metals, semiconductors, and insulators. - they can ascribe optical, magnetic properties of matter to electronic and structure degrees of freedom. - they can describe and theoretically explain fundamental properties of superconductivity. - they are able to choose appropriate experimental methods for probing structural, optical, magnetic, and electronic properties of condensed matter and can analyse the experimental results.

Lehrinhalt

The course is a general introduction to the physics of matter at low temperatures and will provide a discussion of phenomena that uniquely occur near absolute zero. For example, when the thermal energy becomes small new macroscopic quantum states like superfluidity and superconductivity are formed. The course is divided into three sections: Quantum fluids, Properties of Solids and Refrigeration Techniques.

Lehrinhalt

Die folgende Liste der Themen ist als Anhalt gedacht: 
• Modell eines Tornados: Drehimpulserhaltung, Unterdruck, herleiten wie groß die 
Windgeschwindigkeit und Unterdruck sind.  
• Magnetfeld Erde: Ausrechnen welche Sonnenteilchen/Kosmische Strahlen abgelenkt werden. Wie gefährlich wäre der Sonnenwind (vor allem coronal mass ejections) für Astronauten?  
• Autounfall: Ausrechnen bei welcher Geschwindigkeit ein Airbag noch Sinn macht bei einem Frontal-Zusammenstoß.  
• Alternative Energie: Ausrechnen wie viel Windmühlen und wie viel m^2 Sonnenzellen man braucht, damit Deutschland 100 Prozent auf neuerbare Energiequellen umgeschaltet ist.  
• Raketengleichung: Herleitung und Anwendung. Warum war die Saturn V Rakete so riesig, obwohl man mit einem Mini-Lunar Module von der Mond wegkommen konnte?  
• Flugzeugflügel: wieso können Flugzeuge fliegen?  
• Tsunamis: Shallow water equation für die Analyse von Tsunamis. Warum (und unter welchen Umständen) sind Tsunamis so gewaltig?  
• Blitze (Gewitter): Wie funktionieren sie ungefähr, und wie kann man die Lautstärke berechnen. Vielleicht eine Abschätzung davon, wie viel Hagelkörner man braucht um genügend Ladungs-Separation zu machen um überhaupt Blitze zu erzeugen.  
• GPS-Navigation: Spezielle und allgemein-Relativistische Effekte.

Lehrziel

Die Studierenden sind in der Lage durch einfache mathematische bzw. physikalische Modelle selbstständig alltägliche physikalische Phänomene zu verstehen. Sie kennen Herangehensweisen bei der Bildung von Abschätzungen, durch die komplexe physikalische Phänomene durch geschickte Vereinfachungen und Annäherungen auf den Kernaspekt reduziert werden können. Sie sind in der Lage die weniger wichtigen Aspekte zu benennen, die vernachlässigt werden können, um so zu einem Verständnis zu kommen.

Lehrinhalt

This lecture introduces all physical concepts of the fundamentals of Environmental Physics and it is accompanied by exercises and tutorials every week.
The content spans:
• The fundamentals about the Earth climate system and its compartments, flow, transport, and the global radiation balance.
• Geophysical fluid dynamics, i.e. the fundamental laws of free and forced fluid movement and vorticity, and a practical guide to the first principles of turbulence.
• Global circulation of atmosphere and ocean, boundary layer physics, and slow flow through porous media and of ice.
• Gas and heat exchange between ocean and atmosphere. Global fluxes and cycles (energy, water, carbon).
• Isotope fractionation and isotope methods to study the Earth environments, focus on water and carbon isotopes.
• Introduction to models of environmental systems, basic principles of numerical climate modelling.
• Basic principles of radiative transfer. Climate system radiative forcing and sensitivity. Global climate change past, present and future.

Lehrziel

Students achieve a fundamental understanding of the key physical processes and interactions in the Earth surface system and its compartments, as well as of the human impact on these systems and the related societal implications. They are able to solve basic problems of environmental physics and interpret the results in the context of fundamental questions regarding the physics of the earth surface environments and the methodologies to observe and study those.

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Lehrinhalt

• Fundamentals of physical oceanography, limnology, and hydrogeology 
• Heat and mass transfer between water and atmosphere 
• Flow and transport in surface and ground water  
• Tracer methods in the hydrological cycle

Lehrziel

Students achieve an advanced understanding of the physical processes in aquatic systems, the methods to study them, and their role in the climate system. They are able to solve advanced problems and interpret the results in the context of current questions in research and application. They can assess and use current scientific literature to further develop their knowledge base, enabling them to conduct independent master research projects in physics of aquatic systems.

Lehrinhalt

1 week block lecture, language: English, Sep. 23-27, 2024, 9-18h, INF229, R108 (first floor), lecturer: Dr. Jochen Landgraf.

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Lehrinhalt

1-week block lecture, language: English, Apr. 8 - 12, 2024, IUP - INF229, first floor (R108), lecturer: Dr. Jochen Landgraf

The lecture will cover the principles of radiative transfer with a focus on the Earth's atmosphere including a discussion of electromagnetic waves, radiometric quantities and polarization, absorption and emission by molecules, scattering by molecules and particles, radiative transfer equation and solution methods for the Earth's atmosphere, remote sensing applications.

Lehrinhalt

Elektrodynamik (45 %) • Elektrostatik
• Elektrische Ströme
• Magnetostatik
• Zeitlich veränderliche Felder (Maxwell Gleichungen) Wellen (15 %)
• Grundbegriffe, Wellengleichung
• Akustik
• Elektromagnetische Wellen
Optik (20 %)
• Wellenoptik, Fouriertransformationen
• Geometrische Optik
• Optische Instrumente
Spezielle Relativitätstheorie (20 %)
• Maxwell Gleichungen und Lorentztransformationen • Relativistische Kinematik
• Relativistische Dynamik, Energien

Lehrziel

Die Studierenden können die grundlegenden physikalischen Eigenschaften auf dem Gebiet der Elektrodynamik, der Wellenmechanik, der Optik erläutern sowie den Aufbau der wichtigsten Experimente beschreiben. Sie erkennen die Zusammenhänge zwischen den physikalischen Experimenten und den entsprechenden mathematischen Formulierungen und sind in der Lage, die zugrundeliegenden physikalischen Probleme mathematisch zu formulieren und mindestens näherungsweise zu lösen. Sie können die Grundkonzepte der Speziellen Relativitätstheorie beschreiben und zugehörige Probleme mathematisch formulieren. Sie sind in der Lage, ihr erworbenes Wissen anzuwenden, indem sie selbstständig physikalische Probleme bearbeiten.

Lehrinhalt

• Mehrelektronensysteme (15 %)
• Wechselwirkung von Teilchen mit Materie (10 %) • Teilchen (20 %)
• Symmetrien und Erhaltungssätze (20 %)
• Fundamentale Wechselwirkung (15 %)
• Kernmodelle (10 %)
• Kernreaktionen (10 %)

Lehrziel

Die Studierenden können die grundlegenden physikalischen Phänomene der Kern- und Teilchenphysik erläutern sowie den Aufbau der wichtigsten Experimente beschreiben. Sie erkennen die Zusammenhänge zwischen den physikalischen Experimenten und den entsprechenden mathematischen Formulierungen und sind in der Lage, die zugrundeliegenden physikalischen Probleme mathematisch zu formulieren und mindestens näherungsweise zu lösen. Sie sind in der Lage, ihr erworbenes Wissen anzuwenden, indem sie selbstständig physikalische Probleme bearbeiten.

Lehrinhalt

Focus of the lecture is the physics and the layout of detector components
used in modern particle physics experiments. Topics are
- Interaction of particles with matter
- Scintillators and ToF detectors
- Gas detectors
- Silicon detectors
- Calorimeters
- Detector for particle identification
- Large detector systems

Lehrziel

After completion of the course the student has gained basic knowledge about interactions of particles with matter, the physics of particle detectors, their working principles, and their applications in experiments. - Introductory lecture into the physics and the technical realization of particle detectors (2 hours/week) - Journal Club where on the basis of recent publications details of a particular research area are discussed (1 hour/week)

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Lehrinhalt

The lecture "Experimental Methods in Astroparticle Physics - II" is focused on two major topics:

- the existence of Dark Matter and methods used to detect and characterize its properties
- neutrinos and their properties 

The lecture will start on Monday the 15th of April and end on the 22nd of July. Tutorials will start the week later.

The number of credit points related to this lecture is 4 and will be obtained on the basis of the submitted solutions to the exercises:
60% of corrected exercises are required to obtain the 4 credit points

Suggested literature:
1. D. H. Perkins, Particle Astrophysics, Oxford Master Series in Physics, Oxford University Press (2009)
2. C. Grupen, Astroparticle Physics, Second Edition, Springer (2020)
3. H. V. Klapdor-KleingrothausandK. Zuber, Particle Astrophysics, IoP(2000)
4. E.W. Kolb and M. S. Turner, The Early Universe, Front. Phys. 69 (1990)
For specific topics dedicated literature will be suggested during the lecture.

During the first lecture we will also discuss possible time conflict with the proposed tutorial time.

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Lehrinhalt

Teilmodul 1: Analytische Mechanik
• Zwangsbedingungen
• Lagrange’sche Gleichungen 1. und 2. Art, Wirkungsprinzip
• Variationsrechnung (†)
• Symmetrien und Erhaltungssätze
• Noether-Theorem (†)
• Starrer Körper, Trägheitstensor, Kreisel
• Differentialformen (†)(*)
• Hamilton-Formalismus, Poisson-Klammer, Phasenraum, Liouville-Theorem
• Integrable und nichtintegrable Probleme, Chaos
• Partielle Differentialgleichungen (†)
• Physik der Kontinua und Felder, ideale Hydrodynamik
• Potenzialströmung, Navier-Stokes-Gleichung (*)
• Weiche Materie (*)
Teilmodul 2: Thermodynamik und statistische Physik
• Ensembles, Fluktuationen, statistische Grundkonzepte
am Beispiel des idealen Gases
• Diffusion
• Boltzmann-Verteilung
• Legendre-Transformation (†)
• Temperatur, mikroskopische Definition der Entropie
• 1. Hauptsatz, Carnot-Prozess, makroskopische Definition
der Entropie, 2. Hauptsatz
• Thermodynamische Potenziale und Phasenübergänge
Die mit (†) gekennzeichneten Teile markieren die Mathematikinhalte, die einen wesentlichen
Teil der Vorlesung ausmachen; die mit (*) gekennzeichneten Inhalte repräsentieren moderne
Aspekte und können je nach Dozent variieren.

Lehrziel

Nach erfolgreicher Teilnahme am Modul ż kennen und verstehen die Studierenden die Grundlagen, Methoden und Konzepte der Theoretischen Physik im Bereich der analytischen Mechanik der Punktmassen, des starren Körpers und der Kontinua, der theoretischen Thermodynamik sowie der elementaren Statistik, ż haben die Studierenden die notwendigen mathematischen Kenntnisse und Fähigkeiten die zum Verständnis der genannten Themenbereiche notwendig sind, ż besitzen die Studierenden die Fertigkeiten, Problemstellungen aus den genannten Bereichen der Theoretischen Physik eigenständig zu strukturieren, differenziert zu analysieren und mit den vermittelten Konzepten und Methoden Lösungsansätze und Modelle zu erarbeiten, diese aus physikalischer Sicht zu bewerten und zu kommunizieren, ż sind die Studierenden in der Lage, sich weitere, verwandte Themen und Methoden der theoretischen Physik durch Literaturarbeit selbst zu erschließen.

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Lehrinhalt

• Widersprüche zwischen Erfahrung und klassischer Physik • Postulate der Quantenmechanik
• Hilbertraum, Zustände, Operatoren
• Unschärferelation
• Schrödingergleichung
• Harmonischer Oszillator
• Bewegung im Zentralpotenzial, Drehimpuls, Spin
• Spin
• Wasserstoffatom
• Potenzialstreuung
• Mehrteilchenprobleme
• Schrödinger- vs. Heisenbergbild
• Zeitabhängige und zeitunabhängige Störungsrechnung mit Beispielen • Variationsverfahren
• Symmetrien und Invarianzen
• Supersymmetrie (*)
• Dichtematrix, Messprozess
• Pfadintegral
Die mit (*) gekennzeichneten Inhalte repräsentieren moderne Aspekte und können variieren.

Lehrziel

Nach erfolgreicher Teilnahme am Modul ż kennen und verstehen die Studierenden die Grundlagen, Methoden und Konzepte der Theoretischen Physik im Bereich der Quantenmechanik mit deren wichtigsten Anwndungen, ż haben die Studierenden die notwendigen mathematischen Kenntnisse und Fähigkeiten die zum Verständnis der genannten Themenbereiche notwendig sind, ż besitzen die Studierenden die Fertigkeiten, Problemstellungen aus den genannten Bereichen der Theoretischen Physik eigenständig zu strukturieren, differenziert zu analysieren und mit den vermittelten Konzepten und Methoden Lösungsansätze und Modelle zu erarbeiten, diese aus physikalischer Sicht zu bewerten und zu kommunizieren, ż sind die Studierenden in der Lage, sich weitere, verwandte Themen und Methoden der theoretischen Physik durch Literaturarbeit selbst zu erschließen.

Lehrinhalt

* Manifolds
* Geodetics, curvature, Einstein-Hilbert action
* Einstein equations
* Cosmology
* Differential forms in General Relativity
* The Schwarzschild solution
* Schwarzschild black holes
* More on black holes (Penrose diagrams, charged and rotating black holes)
* Unruh effect and hawking radiation

Lehrziel

After completing the course the students * have a thorough knowledge and understanding of Einstein's theory of General Relativity including the necessary tools from differential geometry and applications such as black holes, gravitational radiation and cosmology,  * have acquired the necessary mathematical tools from differential geometry, are trained in their application to physical situations with strong gravity and are familiar with their interpretation, * have advanced competence in the fields of theoretical physics covered by this course, i.e. the ability to analyze physical phenomena using the acquired concepts and techniques, to formulate models and find solutions to specific problems, and to interpret the solutions physically and communicate them efficiently, * are able to broaden their knowledge and competence in this field of theoretical physics on their own by a systematical study of the literature.

Lehrinhalt

Theoretical and experimental foundations of the Standard Model (SM) of particle physics on an advanced level. The lecture includes the main building blocks of the Standard Model: QED, weak interactions, gauge symmetries, electroweak symmetry breaking and Higgs mechanism, Flavor Physics, QCD.
The lectures are given by a theoretician and experimentalist. For details see the web page of the lecture: https://uebungen.physik.uni-heidelberg.de/vorlesung/20241/1848

Lehrziel

Upon completion of this course the student has gained advanced knowledge about the Standard Model of Particle Physics including its mathematical framework based on relativistic quantum field theory, with emphasis on the interplay of experimental results and theoretical developments. The student can formulate the Standard Model and is capable to calculate particle processes using perturbation theory.

Lehrinhalt

- Introductory materials: bosons, fermions and second quantisation
- Green's functions approach
- Exactly solvable problems: potential scattering, Luttinger liquids etc.
- Theory of quantum fluids, BCS theory of superconductivity
- Quantum impurity problems: Kondo effect, Anderson model, renormalisation group approach
Depending on the lecturer more weight will be given to solid state theories or to soft matter.

Lehrziel

After completing the course the students - have a thorough knowledge and understanding, of the nowadays 'traditional' diagrammatic technique and the problems solved by this technique, including Landau's theory of quantum liquids and BCS theory of superconductivity, - of advanced non-perturbative approaches such as renormalization group transformations, bosonisation and Bethe Ansatz and there application to examples of quantum impurity problems such as potential scattering in Luttinger liquids, inter-edge tunneling in fractional quantum Hall probes and Kondo effect in metals and mesoscopic quantum dots, - have acquired the necessary mathematical knowledge and competence for an in-depth understanding of this research field, - have advanced competence in the fields of theoretical physics covered by this course, i.e. the ability to analyze physical phenomena using the acquired concepts and techniques, to formulate models and find solutions to specific problems, and to interpret the solutions physically and communicate them efficiently, - are able to broaden their knowledge and competence in this field of theoretical physics on their own by a systematical study of the literature.

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Lehrinhalt

Contents:
0. Introduction
- A brief reminder of some basics of quantum mechanics
1. Quantum theory of matter
- Harmonic oscillator - Identical particles - Bosons and fermions - Fock space
2. Interactions
- Scattering theory - Potential scattering - Lippmann-Schwinger equation and Born approximation - Partial-wave expansion - Scattering cross section and optical theorem - Resonance scattering and bound states - Coulomb scattering
3. Theory of quantum states
- Density matrix - Pure states and mixed ensembles - Environment and partial trace - Entanglement (EPR, Bell's inequalities) - Time evolution and thermalization
4. Open quantum systems
- Markovian approximation and Lindblad Master equation - The Jaynes-Cummings model - Collapse and revival - Adiabatic processes

Lehrinhalt

The course will cover advanced topics in Cosmology concerning booth theoretical and observational aspects. Further information on "Uebungen":

https://uebungen.physik.uni-heidelberg.de/vorlesung/20241/1836

Lehrinhalt

This course is MVBP2 in the modul handbook and is addressed to physics master students with an interest in biophysics. Motivated bachelor or PhD-students are also most welcome, as are students from neighboring disciplines. There are two lectures each week, each for 90 minutes, plus weekly homework and exercises. Together you can earn 6 credit points from this course. This lecture can be used for the oral master examination if combined with e.g. the lecture on statistical physics or the lecture on simulation methods, or with two short specialized lectures (like non-linear or stochastic dynamics). The details for the tutorial will be discussed in the first lecture, which is on Thu April 18.

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Lehrinhalt

The lectures are Mondays and Wednesdays at 2:00pm at großer Hörsaal, Philosophenweg 12

Motivation:

Nonlinear dynamics is an interdisciplinary part of mathematical physics, with applications in such diverse fields as mechanics, optics, chemistry, biology, ecology, to name but a few. Equations with nonlinearities show a much more diverse behavior than their linear counterparts, for instance self-sustained oscillations, nonlinear competition (as linear superposition does not hold anymore), chaotic dynamics and pattern formation. Pattern formation, in turn, is one of the most fascinating and intriguing phenomena in nature: it takes place in a wide variety of physical, chemical and biological systems and on very different spatial and temporal scales: examples are convection phenomena in geosciences and meteorology, but also patterns occurring in chemical reactions and bacterial colonies. In some circumstances, pattern formation is undesired, for instance the formation of spiral waves leading to cardiac arrhythmias in the heart muscle. In other contexts, pattern formation is even essential for the functioning of a system as in cell division and embryo development.

Lehrziel

Contents: The lecture will start with an introduction to nonlinear dynamics on the level of ordinary differential equations (ODEs), introducing concepts like phase space analysis, attractors, (in)stability of solutions and bifurcations, as well as nonlinear oscillations.  We will then proceed to study spatio-temporal behavior, i.e. partial differential equations (PDEs) and discuss the main questions in pattern formation: when will a homogeneous state become structured, i.e. unstable towards a pattern? What are the generic scenarios/types of patterns? When are patterns stable and are they unique? What determines the wavelength / period in time / amplitude of a pattern? Importantly, a universal description of pattern dynamics exists, that is independent of the system-specific pattern formation mechanism. The method to obtain this description is called multiple-scale reduction, resulting in an amplitude equation (also called center manifold), which is nothing but the famous Ginzburg-Landau equation (Nobel Prize in Physics 2003, originally derived for superconductivity).  Finally, nonlinear waves and solitons (localized waves) will be discussed. They again occur in many systems, from coupled nonlinear springs to hydrodynamic surface waves and nonlinear optics. In addition, solitons have intriguing mathematical properties that will also be discussed.

Lehrinhalt

The course is ONLINE only. It will provide an introduction to Mathematica with applications to physics and statistics. You need to have Mathematica installed on your computer. The course will start on April 30, and continues for 8 lectures, every Tuesday at 11:15-13:00. More info 
https://www.thphys.uni-heidelberg.de/%7Eamendola/intromath-ss2024.html
  

   - Basics of Mathematica: functions, graphics, input/output, modules
   - Solving common mathematical, physical, and statistical problems

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Lehrinhalt

Bauteile gegenwärtiger Computer erreichen die Größenordnung von Atomen. Da für atomare und subatomare Physik die Quantenmechanik die akzeptierte und bestens bestätigte Theorie ist, wurde der Vorschlag von Feynman aus dem Jahr 1982 immer aktueller: nämlich Computer zu bauen und Algorithmen zu implementieren, die nach den Prinzipien der Quantenmechanik funktionieren. 
Beim Bau universell programmierbarer Quantencomputer und ihrer Nutzung wurden große Fortschritte erzielt und es gibt Hinweise dafür, dass sie in Zukunft gewisse Aufgabenstellungen wesentlich effizienter lösen können als klassische Computer. Ein viel diskutiertes und beachtetes Beispiel ist die Entschlüsselung aktuell verwendeter, bisher als sicher geltender Verschlüsselungsverfahren.  
Es ist nicht überraschend, dass gerade die der Anschauung am stärksten widersprechenden und daher im Anfangsstadium der Theorie am heftigsten kritisierten Konzepte der Quantenmechanik, wie Superposition und Verschränkung von Zuständen in verschiedenen Anwendungen einen Quantencomputer einem klassischen Computer überlegen machen. 
In der Vorlesung wollen wir insbesondere auf die Verknüpfung von Physik und Informatik in der Quanteninformationstheorie eingehen. 
 - Wir beginnen mit einer Vorstellung aktueller Herausforderungen der Digitalisierung und bekannter Grenzen (klassischer) Computer und geben eine kurze Einführung in Berechenbarkeitstheorie, Rechenmodelle, Algorithmen und reversibles Rechnen. Danach werden das Quantenbit und Rechenschritte darauf definiert, Quantenregister und Quantenschaltkreise eingeführt, wichtige Algorithmen untersucht und gezeigt, wie diese implementiert werden können.
 - Im Zusammenhang mit der Quanteninformatik wird der formale Aufbau der Quantenmechanik noch einmal vorgestellt. Dabei werden die Aspekte, die für die Funktionsweise eines Quantencomputers wesentlich sind, besonders hervorgehoben, z.B. Messprozess, E. Schmidt´scher Formalismus, Quantenkanäle, Superoperatoren und die Quanten-Fouriertransformation.
 - In einem dritten Teil wird die klassische Komplexitätstheorie kurz vorgestellt, um mögliche entscheidende Vorteile eines Quantencomputers aufzeigen zu können.
 - Der nächste Teil der Vorlesung besteht in einer Beschreibung und Diskussion des Shore´schen Algorithmus. Er beruht auf Ergebnissen der Zahlentheorie und der Quanten-Fouriertransformation. Er ist nicht nur der Algorithmus, der aktuell für die größte Aufmerksamkeit sorgt, sondern an ihm lassen sich auch die wesentlichen Vorteile des Quantencomputers und Elemente der Quantenkomplexität sehr gut darstellen.
 - Ein weiterer essentieller Punkt für die Entwicklung der Quantencomputer war die Entdeckung von Verfahren zur Fehlerkorrektur, die wir in diesem Teil der Vorlesung betrachten werden.
 - Die Eigenschaften der Quantenmechanik erlauben die Implementierung abhörsicherer, verschlüsselter Kommunikation. Diese wurde bereits über viele 100 km erfolgreich getestet (Nobelpreis für Physik 2022) und ist wesentliche Voraussetzung für ein Quanteninternet.
 - Abschließend sollen verschiedene Ansätze zum Bau von Quantencomputern und zur Realisierung von Gates vorgestellt werden.

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Lehrinhalt

The lecture course provides an introduction to the strongly-correlated physics of QCD and Quantum Gravity. The related physics problems are treated within the Functional Renormalisation Group (fRG), and a survey of alternative approaches is provided.

    Outline

    I The Functional RG
        Euclidean QFT 
        Functional Renormalisation Group
        Critical Phenomena & Fixed Points 

   II  QCD
        Introduction 
        Non-Abelian gauge theories & confinement 
        Chiral symmetry breaking in QCD 
        QCD at finite T 
        A glimpse at the QCD phase diagram 

  III Quantum Gravity
        Introduction 
        RG approach to quantum gravity 
        Gravity and matter 
        Cosmological applications*

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Lehrinhalt

https://sciai-lab.org/teaching/24s/gmlqc/

Lehrziel

see https://sciai-lab.org/teaching/24s/gmlqc/

Lehrinhalt

- Axioms of Probability Theory; random variables, important distributions
- Bayesian inference
- Linear regression, non-linear regression
- Regularized regression to fit high-dimensional data
- Hypothesis testing: fundamental concepts
- Parametric and non-parametric tests
- Classification
- Cluster analysis
- Model selection

Lehrziel

After completion of this module, the students understand fundamental concepts of stochastics, and are able to relate them to concrete problems. They understand and are alert of possible pitfalls such as overfitting, multiple comparisons, or susceptibility to outliers. They know and are able to apply basic countermeasures and they have access to more advanced literature on the subject. Students are familiar with relevant high-level languages and statistical programming libraries, and know how to apply them to real-world data provided in the exercises.

Lehrinhalt

All Information can be found here:
https://hci.iwr.uni-heidelberg.de/content/computer-vision

You have to register for the course in Moodle:
https://moodle.uni-heidelberg.de/course/view.php?id=21825
Moodle enrollment key: ComVis24
Course Capacity: 40 (First Come First Served)

Lehrinhalt

Hier handelt es sich um ein Bachelor-Pflichtseminar.

*Anmeldung ist möglich ab dem  01.03.2024*

Das Seminar wird wie folgt verlaufen:

Zu Beginn des Semesters verteilen wir die Themen.
  - Am ersten Termin nach der Themenvergabe gebe ich eine Einführung in das Thema "Vorträge halten"
  - Vier Wochen vor Ihrem Vortrag versorge ich Sie mit Material
  - Eine Woche vor dem Vortrag gibt es eine Vorbesprechung (per Email oder Videokonferenz)
  - Der Vortrag wird dann in Präsenz gehalten
  - Zu Ihrem Vortrag gehört ein zweiseitiges Handout, dass an die Zuhörer verteilt wird
  - Bewertet werden der Vortrag, die Fragerunde und das Handout
  - Es wird erwartet, dass Sie sich auch als Zuhörer mit Fragen zum Vortrag beteiligen - werden keine Fragen gestellt, stelle ich Fragen an die Zuhörer

Bitte registrieren Sie sich bei Moodle und der Übungsgruppenverwaltung

Themen des Seminars:

    Methoden: Bodengebundene CR-Beobachtung
    Methoden: Satelliten CR-Beobachtung
    Methoden: Das IceCUBE-Teleskop
    Quellen: Die Sonne
    Quellen: Supernova Überreste
    Quellen: Pulsare
    Quellen: Aktive Galaxienkerne
    Beobachtung: Spektrum der kosmischen Strahlung
    Beobachtung: Cosmic ray clocks
    Beobachtung: Greisen-Zatsepin-Kuzmin Cutoff
    Beobachtung: Solare Modulation
    Beobachtung: Neutrinospektrum
    Beobachtung: Kosmische Strahlung und Magnetfeld
    Theorie: Fokker-Planck-Gleichung
    Theorie: Fermi-Beschleunigung
    Theorie: Rekonnektion
    Exotik: Dunkle Materie Annihilation
    Exotik: Positron-Anomalie

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Lehrinhalt

Preparation and presentation of an advanced topic in stellar dynamics. During each lecture, at least one talk on a specific research field is given and actively discussed by
all course participants.

Selected topics in stellar dynamics of galaxies and stellar clusters. The list of topics for this year is the following.

- Dynamics of black holes in star clusters
- Hierarchical mergers of black holes in star clusters
- Dynamical formation of blue straggler stars
- Globular cluster dynamics
- The vertical phase-spiral observed by Gaia in the Milky Way
- Orbital resonances 1: radial migration
- Orbital resonances 2: perturbation theory and orbital structure near resonances
- Using the Jeans equations in the Milky Way
- Supermassive black-hole binaries and mergers

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This seminar is part of the master module MVAstro3 (Galactic and Extragalactic Astronomy).  It supplements the lecture contents.  It is usually being held as a block event on three or four afternoons chosen in the course; typically on Saturdays.

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Motivation

Entscheidende Experimente legten die Grundlagen der Quantenphysik und geben weiterhin Impulse für ihre Weiterentwicklung. Intensive Forschung auf dem Gebiet der Quantenstruktur und -dynamik ermöglicht es immer noch, die Grenzen der bekannten Physik durch überschaubare Experimente zu erweitern.

Die in der modernen Atomphysik realisierbare Präparation exquisit isolierter Quantensysteme sowie die unübertroffene Genauigkeit ihrer Messmethoden erlauben auch die Suche nach Physik jenseits der Standardmodelle; daraus entstandene Quantensensoren sind zu unverzichtbaren Werkzeugen der Physik und der allgemeinen Wissenschaft geworden.

Das Seminar soll einen Überblick über Präzisionsexperimente mit atomaren Systemen und ihre aktuellen Anwendungen auf fundamentale Fragen der Physik geben.

Themenvorschläge an die Betreuer sind willkommen. Beispiele für mögliche Themen sind:

Wasserstoffatom: Bohrmodel, Lamb-Verschiebung, Protonenradius
Atomstrahlen, Atomfallen, Laserkühlung
Atomuhren, Frequenzmetrologie und Suche nach neuer Physik
Elektronen, Protonen und Antimaterie in Ionen- und Atomfallen
Tests der Quantenelektrodynamik mit Penningfalle
Kernmassenbestimmungen für die Bestimmung der Neutrinomasse
Beschleuniger und Speicherringe in der Atom- und Molekülphysik
Studien der Paritätsverletzung in Kernzerfällen und in atomaren Systemen
Ionenfallen: Quantisierung der Bewegung, Verschränkung, quantum computing
Quantentests zu Naturkonstanten, Lorentzinvarianz, Dunkler Materie und neuen Teilchen Bose-Einstein-Kondensation und Quantenstatistik
Materiewellen: vom ersten Nachweis zur modernen Atominterferometrie
Rydberg-Atome als Testsystem für fundamentale Physik
Ultrakurzpulslaser und Quantendynamik: von der Nano- zur Femtosekunden-Zeitskala
Erzeugung von hohen Harmonischen und Attosekundenpulsen
Zeitaufgelöste Messung der Elektronendynamik in Atomen und Molekülen
Physik von Freie-Elektronen-Lasern
Röntgenspektroskopie von astrophysikalischen Plasmen mit hochgeladenen Ionen
Kernmagnetische Resonanz und Magnetometrie mit Atomen
Der Hanbury-Brown-Twiss-Effekt
Der Aharonov-Bohm Effekt: Experimente ohne Störung des Quantenzustands
Erster Seminartermin: 18.04.2024

Zeit: wöchentlich,

Do. 16:00 bis 18:00; Ort: INF 227 / SR 02.402

Co-Dozenten: Klaus Blaum, José R. Crespo López-Urrutia

Anmerkungen

- Die Seminarvorträge (Deutsch oder Englisch) werden in der Regel 35 Minuten plus Diskussion dauern.

- Eine regelmäßige Teilnahme (>80%) und die Abhaltung eines Vortrags sind Voraussetzung für das erfolgreiche Bestehen des Kurses (PSEM, 2LP).

- Ein zusätzlicher LP (UKS2) wird für die Vorbereitung einer schriftlichen Ausarbeitung des Vortrags mit Folien und inhaltlichen Angaben vergeben werden. 

- Die Benotung der Lehrveranstaltung wird sowohl die Vortragsvorbereitung und -durchführung als auch die aktive Teilnahme an den Diskussionen berücksichtigen. 

- Vier Wochen vor dem jeweiligen Termin wird von den Betreuern (crespojr@mpi-hd.mpg.de, klaus.blaum@mpi-hd.mpg.de) die für die Vorbereitung des Vortrags notwendige Literatur geschickt. Eine erste gemeinsame Durchsicht des Vortrags mit dem Betreuer soll während der Vorbereitungsphase etwa zwei Wochen vor dem Vortrag stattfinden.

- Nach Bedarf werden ein bis zwei Vorträge pro Seminartermin angesetzt werden.

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Modern experiments have realised an extraordinary degree of control of isolated quantum systems. With a variety of experimental platforms, including photons, ions and neutral atoms it becomes possible to address the fundamental laws that govern quantum mechanics. A large toolbox has emerged that allows tackling different topics from high precision test of fundamental theories using single particles to quantum sensing and quantum simulation on few and many-body systems.
In this seminar we will discuss key experiments in this field. Each student will give a 30min presentation on one topic. The preparation of this presentation will include 2-3 meetings with the respective tutor to discuss the physics as well as the structure of the talk. Special emphasis should be devoted to the clarity of the experimental claims and techniques. After the presentation, a one-page summary should be provided. Further, it is expected that the students attend all presentations and participate with active feedback and questions. 
The seminar takes place on Fridays from 11:15 to 13:00. In the first seminar date (19/04/2024), we will give an introduction and each student will choose a topic.

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Die Strahlenbiophysik gewinnt immer mehr an Bedeutung, z.B. im Hinblick auf die Entwicklung einer effizienteren und sichereren Strahlentherapie, die aktuelle Situation in der Ukraine, geplante Missionen zum Mars und andere Weltraummissionen sowie das erhöhte Risiko des Missbrauchs radioaktiver Stoffe durch Terroristen. Trotzdem wird Strahlenbiophysik nur an wenigen deutschen Universitäten angeboten. Dabei ist die Strahlenbiophysik auch deshalb so wichtig, weil das erworbene Wissen die Studierenden in die Lage versetzt, ihr Fachwissen über die Kerndisziplinen der Physik hinaus zu erweitern, insbesondere an der Schnittstelle zur Biologie. Diese Multidisziplinarität bezieht sich nicht nur auf den wissenschaftlichen Sachverstand im Bereich des Strahlenschutzes, sondern ermöglicht es den Studierenden auch, sich in der gegenwärtigen öffentlichen Unkenntnis über die Wirkungen ionisierender Strahlung besser zu orientieren. Sie kann in der öffentlichen Kommunikation einerseits eine Unterschätzung möglicher Risiken, andererseits aber auch eine noch gefährlichere und ungebremste Strahlenfeindlichkeit verhindern. In diesem Seminar werden die Kenntnisse aus dem Kurs "Einführung in die Strahlenbiophysik" vertieft, ein vorheriger Abschluss des genannten Kurses ist jedoch keine notwendige Voraussetzung für dieses Seminar. Der Schwerpunkt des Seminars liegt eher auf der ausführlichen Diskussion interessanter und aktueller Themen der Strahlenbiophysik, die von den Studierenden selbst gewählt werden, als auf der Vermittlung eines umfassenden Überblicks über die aktuelle Strahlenbiophysik.

Lehrinhalt

12.02.2024:
Please register for the seminar and choose your subject via:
https://medphysrad-teaching.dkfz.de/seminar_so.html
(all relevant information can be found there)

REGISTRATION in heiCO is NOT SUFFICIENT to secure a place in the seminar !

Kontakt:
T.Kuder@dkfz.de
Leif.Schroeder@dkfz.de

Lehrinhalt

Introduction, final decision to participate in this seminar, and assignment of topics will be done during the first seminar session. 

Typical topics are:
- Probing Magnons by Electron Spin Resonance Studies
- 1D Quantum Spin Systems
- Quantum Spin Liquids in Magnetically Frustrated 2D Materials
- Cathode Materials for Lithium-ion Batteries: Relevance of the Electronic Structure
...

Lehrinhalt

Vorträge zu zahlreichen klassischen Themen der Isotopenmethoden in der Umweltphysik, einschließlich des Wasserkreislaufs, des Kohlenstoffkreislaufs und auch der Forensik. Die Themenbereiche umfassen den Transport und die Fraktionierung von Wasser- und Kohlenstoffisotopen in der Atmosphäre, im Ozean und in der Biosphäre, und wir schließen die Verwendung von Radiokohlenstoff als Umwelt-Tracer ein.

Termin/Vortragsthema/Betreuer:in
19.4.2024        Einführung (online)
26.4.2024        Einlesen	
3.5.2024		(1) Isotopentrenneffekte  (Marc K. Nölken) (NF)
10.5.2024	(2) Messmethoden  Massenspektrometrie (Laetitia A. Dobiasz)  (NF)
17.5.2024	(3) Messmethoden CRDS (Tjark Helwig) (NF)
24.5.2024	(4) Der globale Wasserkreislauf (Clara Baumbusch) (MS)
31.05.2024 	entfällt	
7.6.2024   	(5) CO2 Kreislauf Atmosphäre(Stabile Isotope) (Marit Neumann (MS)
14.06.2024 	(6) Der globale Methan Kreislauf (Friederike Gehrke) (MS)
21.06.2024 	(7) CO2 Kreislauf  Ozean (Stabile Isotope) (Esther Kummetz) (NF)
28.06.2024 	(8) Klimarekonstruktion mit  Eisbohrkernen (Yasen Yanev) (NF)
5.7.2024 	(9) Radiokohlenstoff (14C) in der Atmosphäre (Max-F. Missoni) (MS)
12.7.2023 	(10) Radiokohlenstoff im Ozean (Katharina Jacobi) (NF)
19.7.24		(11) Isotope in der Forensik (Simon Herrmann) (MS)
26.7.24		Laborführungen

Moodle Einschreibung
https://moodle.uni-heidelberg.de/course/view.php?id=22107 
PW:  IsoSP_SoSe2024

Lehrziel

Ein wissenschaftliches Grundlagenthema der Umweltpysik kompetent erarbeiten und mit freier Rede präsentieren und den Sachverhalt fundiert diskutieren können. Die Nützlichkeit von Isotopensystemen zur Quantifizierung von Stoffkreisläufen und Stoffflüssen erlernen.

Lehrinhalt

•  Preparation and presentation of an advanced topic in experimental or theoretical physics or another physics related area; during the seminar about 12 talks on a specific research field are given and actively discussed by all course participants.  
• Beside the oral presentation of the research topic also is write-up of the presented talk is required.

Lehrziel

After completion of this module, the student can describe the intentions and difficulties of modern research in physics or another physics related area. The student can handle modern literature and can extract information from present-day physics publications.

Informationen zur Veranstaltung

Lehrinhalt

In diesem Seminar wollen wir Schlüsselexperimente besprechen, die unser heutiges Bild der Elementarteilchenphysik und insbesondere das Standardmodell der Elementarteilchlchenphysik geprägt haben. Die Experimente reichen von der Entdeckung des Myon-Neutrinos bis zur Entdeckung des Higgs-Bosons durch die ATLAS und CMS Kollaborationen in 2012 und die aktuellen Messungen zur Bestimmung der Neutrino-Masse durch die KATRIN-Kollaboration aus dem Jahr 2021.

Themen: Die Entdeckung des Myon-Neutrinos, 
Entdeckung der Kernspaltung, 
Die Entdeckung des J/psi und Quarkonium Spektroskopie, 
Die Helizität des Neutrinos: das Goldhaber Experiment, Entdeckung der CP-Verletzung im Kaon-System, Entdeckung der Gluonen, Entdeckung der elektroschwachen Eichbosonen, Solare Neutrinos und SNO, Messung von (g-2) des Myons, Bestimmung der Uebergangstemperatur zum Quark-Gluon-Plasma, Entdeckung des Higgs-Bosons, Bestimmung der Neutrino-Masse

Lehrinhalt

In Ergänzung zur Vorlesung sollen fortgeschrittenere oder aus Zeitgründen nicht besprochene Themen aus der Elektrodynamik behandelt werden.

Lehrziel

Vertiefung der Kenntnisse der Elektrodynamik, Erlernen des wissenschaftlichen Vortragens und der wissenschaftlichen Diskussion.

Lehrinhalt

Motivation:
Have you ever wondered why it is so hard to get ketchup out of its bottle or why you need to whip egg whites to make meringue? Why Cheerios floating on milk seem to attract each other? Why a gel can swell to many times its own size, while a crystal already breaks at a deformation of few percents? How large scale complex structures can assemble out from simple nano-scale units?  Or how your LCD display works? Soft matter is the physics of everyday life! 
Soft matter systems are characterized by a characteristic energy that is on the order of thermal energy at room temperature. They display unique physics, including fractality, phase transitions, and self-organization, as well as peculiar material properties and dynamics. We will discuss the main theoretical concepts needed to describe soft condensed matter systems like polymers, liquid crystals, membranes, complex fluids and colloids.

Lehrziel

Possible topics: Polymers				     1. Basics of single chains: random walk, Gaussian chain, entropic elasticity, solvent effects     2. Many chains: mixtures, semi-dilute systems, polymer melts     3. Dynamics: Rouse model, Zimm model, reptation     4. Polymer networks: rubbers, elastomers, gels  Liquid crystals     5. isotropic-nematic phase transition, Frank elastic energy, LCD displays     6. Defects, dynamics  Membranes/Surfactants      7. Helfrich energy, shape diagram, membrane fluctuations     8. surfactants, self-assembly Theory of soft systems dynamics 		      9. basics of non-equilibrium: force-flux relations, examples: hydrodynamics, diffusion     10. Langevin equation, Mori-Zwanzig formalism, Fokker-Planck equation     11. Correlation and response, Fluctuation Dissipation theorem, scattering     12. Liquid-state theory: g(r), Ornstein-Zernike equation, Density functional theory (DFT),   Complex fluids      13. continuum mechanics, viscoelasticity     14. suspensions, emulsions Electrostatic effects in Soft Matter 	     15. Debye Hückel/Poisson-Boltzmann equation; Manning condensation     16. Colloids: effective interactions, stabilization, colloidal effects Computational methods		     17. Particle-based: molecular dynamics (MD) vs. Monte Carlo (MC)     18. (Navier-)Stokes: Lattice Boltzmann method, Oseen tensor, boundary integral method

Lehrinhalt

Seminar Web-Page: https://hci.iwr.uni-heidelberg.de/content/optml-seminar-SoSe24

This seminar belongs to the Master in Physics (specialization Computational Physics, code "MVSem") and Master of Applied Informatics (code "IS") , but is also open for students of Scientific Computing and anyone interested.

The topic of this semester is Video-Based Scene Analysis.

We will consider inference and learning techniques for these problems as well as the related applications in computer vision.

Lehrinhalt

Übungen am 70cm Teleskop der Landessternwarte Heidelberg.

Lehrziel

Selbstständige Vorbereitung und Planung von astronomischen Beobachtungen. Eigenständige Durchführung von astronomischen Beobachtungen mit dem Teleskop.

Lehrinhalt

Durchführung von mehreren astrophysikalischen Versuchen je nach Kenntnisstand innerhalb einer Woche. Diese decken grosse Gebiete in der Astronomie ab. Dauer pro Versuch 1-1.5 Tage. Kein separates Protokoll oder Hausarbeit notwendig.

Lehrziel

Selbstständige Bearbeitung experimenteller Fragestellungen. Kennenlernen und Vertiefung diverser astronomischer moderner Tools wie zB Datenreduktion, virtuelles Observatorium, Interpretation diagnostischer Diagramme.

Lehrinhalt

Durchführung von mehreren astrophysikalischen Versuchen je nach Kenntnisstand innerhalb einer Woche. Diese decken grosse Gebiete in der Astronomie ab. Dauer pro Versuch 1-1.5 Tage. Kein separates Protokoll oder Hausarbeit notwendig.

Lehrziel

Selbstständige Bearbeitung experimenteller Fragestellungen. Kennenlernen und Vertiefung diverser astronomischer moderner Tools wie zB Datenreduktion, virtuelles Observatorium, Interpretation diagnostischer Diagramme.

Lehrinhalt

• Durchführung von 18 fortgeschrittenen phys. Versuchen zur Mechanik, Elektrodynamik, Thermodynamik, Optik, Wellen-, Atom- , Kern- und Quantenphysik mit Protokollierung der Ergebnisse
• Ausarbeitung einer Dokumentation zu jedem phys. Versuch mit Protokoll und Auswertung (Hausarbeit)

Lehrziel

Selbstständige Einarbeitung in eine experimentelle Fragestellung. Beherrschen der experimentellen Messtechnik, der Datenanalyse und der graphische Darstellung. Erstellen von quantitativen Auswertungen von Messdaten mit Fehlerrechnung. Beherrschung der Protokollierung der Ergebnisse sowie deren kritische Würdigung.

Lehrinhalt

• Einführung in die Messtechnik und Datenauswertung
• Durchführung von 16 phys. Versuchen zur Mechanik, Wärmelehre, Elekt- rodynamik und Optik mit Protokollierung der Ergebnisse
• Ausarbeitung eines Protokolls zu jedem phys. Versuch

Lehrziel

Die Studierenden sind zur selbstständigen Einarbeitung in eine experimentelle Fragestellung in der Lage und beherrschen die experimentelle Messtechnik, die Datenanalyse und die graphische Darstellung der Ergebnisse. Sie sind ferner fähig, quantitative Auswertungen von Messdaten mit Fehlerrechnung zu erstellen und beherrschen die Protokollierung der Ergebnisse sowie deren kritischen Würdigung.

Lehrinhalt

Durchführung von 4 Experimenten zur Erlernung von Messtechnik, Protokollierung und Datenauswertung moderner Experimente in den Gebieten Mechanik und Vakuum, Elektronik und Datenerfassung, Optik sowie Kern- und Teilchenphysik.

Lehrziel

Die Studierenden sind zum selbstständigen Aufbau von Messaparturen in der Lage und beherrschen den Umgang mit Instrumenten und Programmen (optischen Bank, optische Komponenten, Digitaloszilloskope, Datenerfassungssysteme, Elektronik). Sie sind ferner fähig eine Laborbuch mit Dokumentation der Messergebnisse parallel zur Versuchsdurchführung zur führen.

Lehrinhalt

Durchführung von 4 Physikalischen Experimenten an Instituten der Fakultät und Max-Planck-Instituten aus 4 verschiedenen Forschungsgebieten der Fakultät. Die Experimente sind forschungsnah und nutzen eine Instrumentierung, die auch in den Forschungslabors genutzt wird. Experimente werden angeboten zur Atom- und Molekülphysik, Astrophysik, Kern- und Teilchenphysik, Physik der Kondensierten Materie und Umweltphysik.

Lehrziel

Die Studierenden sind zur Durchführung forschungsnaher Experimente in der Lage und beherrschen - zumindest teilweise- den selbstständigen Aufbau der Messapparaturen sowie die Auswertung der Messergebnisse z.T. unter Nutzung moderner Programmsysteme. Ferner sind sie in der Lage die Ausarbeitung der Ergebnisse in Form einer kleinen Publikation durchzuführen.

Lehrinhalt

Dieser Kurs wurde von Dr. Thomas P. Robitaille entwickelt, der diesen Kurs viele Jahre lang an der Universität Heidelberg gehalten hat. Aufgrund der Beliebtheit dieses Kurses bieten wir nun mehrere Blockkurse parallel an. Dr. Robitaille hat eine andere Stelle angetreten, so dass dieser Kurs nun von anderen Lehrkräften gehalten wird.

Lehrziel

Ziel dieses Kurses ist es, zu lernen, wie man die Python-Programmierung zur Lösung wissenschaftlicher Probleme einsetzt. Es handelt sich um einen interaktiven Learning-by-Doing-Kurs, der auf einer Reihe von Python-Notebooks basiert und zahlreiche Übungen enthält. Er richtet sich an Bachelor-Studenten.

Lehrinhalt

Dieser Kurs wurde von Dr. Thomas P. Robitaille entwickelt, der diesen Kurs viele Jahre lang an der Universität Heidelberg gehalten hat. Aufgrund der Beliebtheit dieses Kurses bieten wir nun mehrere Blockkurse parallel an. Dr. Robitaille hat eine andere Stelle angetreten, so dass dieser Kurs nun von anderen Lehrkräften gehalten wird.

Lehrziel

Ziel dieses Kurses ist es, zu lernen, wie man die Python-Programmierung zur Lösung wissenschaftlicher Probleme einsetzt. Es handelt sich um einen interaktiven Learning-by-Doing-Kurs, der auf einer Reihe von Python-Notebooks basiert und zahlreiche Übungen enthält. Er richtet sich an Bachelor-Studenten.

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Dieser Kurs wurde von Dr. Thomas P. Robitaille entwickelt, der diesen Kurs viele Jahre lang an der Universität Heidelberg gehalten hat. Aufgrund der Beliebtheit dieses Kurses bieten wir nun mehrere Blockkurse parallel an. Dr. Robitaille hat eine andere Stelle angetreten, so dass dieser Kurs nun von anderen Lehrkräften gehalten wird.

Lehrziel

Ziel dieses Kurses ist es, zu lernen, wie man die Python-Programmierung zur Lösung wissenschaftlicher Probleme einsetzt. Es handelt sich um einen interaktiven Learning-by-Doing-Kurs, der auf einer Reihe von Python-Notebooks basiert und zahlreiche Übungen enthält. Er richtet sich an Bachelor-Studenten.

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Dieser Kurs wurde von Dr. Thomas P. Robitaille entwickelt, der diesen Kurs viele Jahre lang an der Universität Heidelberg gehalten hat. Aufgrund der Beliebtheit dieses Kurses bieten wir nun mehrere Blockkurse parallel an. Dr. Robitaille hat eine andere Stelle angetreten, so dass dieser Kurs nun von anderen Lehrkräften gehalten wird.

Lehrziel

Ziel dieses Kurses ist es, zu lernen, wie man die Python-Programmierung zur Lösung wissenschaftlicher Probleme einsetzt. Es handelt sich um einen interaktiven Learning-by-Doing-Kurs, der auf einer Reihe von Python-Notebooks basiert und zahlreiche Übungen enthält. Er richtet sich an Bachelor-Studenten.

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Dieser Kurs wurde von Dr. Thomas P. Robitaille entwickelt, der diesen Kurs viele Jahre lang an der Universität Heidelberg gehalten hat. Aufgrund der Beliebtheit dieses Kurses bieten wir nun mehrere Blockkurse parallel an. Dr. Robitaille hat eine andere Stelle angetreten, so dass dieser Kurs nun von anderen Lehrkräften gehalten wird.

Lehrziel

Ziel dieses Kurses ist es, zu lernen, wie man die Python-Programmierung zur Lösung wissenschaftlicher Probleme einsetzt. Es handelt sich um einen interaktiven Learning-by-Doing-Kurs, der auf einer Reihe von Python-Notebooks basiert und zahlreiche Übungen enthält. Er richtet sich an Bachelor-Studenten.

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Dieser Kurs wurde von Dr. Thomas P. Robitaille entwickelt, der diesen Kurs viele Jahre lang an der Universität Heidelberg gehalten hat. Aufgrund der Beliebtheit dieses Kurses bieten wir nun mehrere Blockkurse parallel an. Dr. Robitaille hat eine andere Stelle angetreten, so dass dieser Kurs nun von anderen Lehrkräften gehalten wird.

Lehrziel

Ziel dieses Kurses ist es, zu lernen, wie man die Python-Programmierung zur Lösung wissenschaftlicher Probleme einsetzt. Es handelt sich um einen interaktiven Learning-by-Doing-Kurs, der auf einer Reihe von Python-Notebooks basiert und zahlreiche Übungen enthält. Er richtet sich an Bachelor-Studenten.