Winter Term 2024/2025

Content

Diese Vorlesung ist der erste Teil der Einführung in die Astronomie und Astrophysik, 
also in das physikalische Verständnis unsres Universum jenseits unserer Erde. 
Laut Modulhandbuch werden wir folgende Themenkreise behandeln:
— Astronomische Grundlagen : astronomische Beobachtung;
     elektromagnetische Strahlung; Entfernungsmessung; Sonnensystem 
— Physik der Sterne: Sternaufbau und stellare 
    Energieerzeugung; Sternatmosphären und Spektren
— Phasen der Sternentwicklung: von der sog. Hauptreihe bis 
    zu Supernovae und schwarzen Löchern
— Physik des interstellaren Mediums: Gas und Staub; 
    Heizung und Kühlung; Anreicherung mit Metallen

Content

See module handbook

Content

Observational methods using photons (from gamma rays to radio), gravitational waves, other particles, and in-situ exploration

Course Information

Content

The lecture is equivalent to the bachelor module parts WPAstro.1+2 during the winter and summer terms but requires a slightly higher level of basic physical knowledge. 


Nevertheless also motivated 3rd semester BSc students are welcome to participate. 
This lecture is organised as a block course with 2 parts from Sep. 23rd - Oct. 11th, 2024. 

Certificates are only given for active participation in the exercises (meaning also being present at all exercises) and passing the written examination.

Homework should/can be done in groups of 2(3)

Bachelor students

You can choose:

WPAstro.1,2:
- 8CP with marks (lab course needed for complete module)
- The written examination will be graded
- Marks count for the full 10CP including the lab course

MVAstro0:
- 8CP, no marks as a master module in the ‘Wahlbereich’
-
Master students (MVAstro0)
- 8CP, no marks - only passed
- Can be used as part of MVMod (specialisation in Astrophysics)
- Can be used as an option: just 8CP

PhD (including IMPRS)
Active participation in exercises is strongly recommended, and a successful written exam for certificate

More info on the rules for studying astronomy in Heidelberg: https://www.zah.uni-heidelberg.de/fileadmin/user_upload/downloads/Miscellaneous/Studyplan_Astro_English.pdf


Lecturers: Prof. Dr. Stefan Jordan, Dr. Markus Pössel

Lecture Introduction to Astronomy (V, block)
Time: daily 9:30 - 13:00, 23.09. - 11.10.2024 (1 free day on October 3)
Location: gHS (großer Hörsaal at Phil.12, 2nd floor) 

Exercises to Introduction to Astronomy 
Time: daily 14:30 - 16:00 (group 1), 16:00-17:30 (group 2)
Location: Neuer Hörsaal (at Phil.12)

Exercises are planned for:
Monday, Sep 23, Wednesday, Sep 27, Friday, Sep 29, Wednesday, October 4 (for part I)
Friday, Oct 6, Monday, Oct 9, Wednesday, Oct 11, Friday, Oct 13 (for part II)

Content
23.9.  Introduction/Fundamentals of Astronomy: Jordan
24.9.  Fundamentals 2: Jordan
25.9.  Sun and Planetary System 1: Jordan
26.9.  Sun an Planetary System 2: Jordan
27.9.  Telescopes and Instruments: Jordan
30.9.  Radiation and stars: Jordan
1.10.  Stellar evolution: Jordan
2.10.  Introduction; Expanding Universes 1: Pössel
4.10.  Expanding Universes 2; Big Bang Phase: Pössel
7.10.  Structure Formation; Basic Galaxy Properties: Pössel
8.10.  Galaxy Spectra; Stellar Motion in Galaxies 1: Pössel
9.10.  Stellar Motions in Galaxies 2; Star Formation in Galaxies; The Milky Way: Pössel
10.10. Central Black Holes; Active Galaxies; Gravitational Lensing: Pössel
11.10. Galaxy Groups and Clusters; Milky Way Archaeology; Galaxy Evolution: Pössel
TBD:  Written exam

Content

CONTENT: 
Diurnal and annual motions, precession and nutation, sidereal and solar time clocks, Earth-sky trajectory of a planet from its orbital elements

https://wwwstaff.ari.uni-heidelberg.de/mitarbeiter/gparm/celmech.html


COURSE SLIDES: via Moodle.  The `Enrolment key' (`Einschreibeschluessel') will be provided during the first lecture.  It will NOT be provided by email. 


REMARK:
Lecture room to be ventilated regularly.  Please dress up accordingly.

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Content

Lecture on the formation of stars and planets. 
More details can be found on the course website (see link below).

Content

The diverse astronomical and astrophysical distance determination methods will be introduced and illustrated with examples, covering all distance ranges from parallax measurements of nearby stars to cosmological methods.

Content

From binaries to Dwarf galaxies and everything in between: Binaries; Star clusters: chemical elements & their formation; dynamics & structure; dwarf galaxies: chemical evolution & Dark Matter; different flavours of star clusters and dwarf galaxies.

Content

As most of the radiation we receive from galaxies is star light, we can use it to measure and study their properties. These lectures aim at showing how much we can learn about galaxy evolution from the study of their stellar populations (young to old stellar clusters, field stars, resolved and integrated stellar populations). We will review the methods commonly used in this respect, all resting on our understanding of stellar evolution, and discuss the results obtained when we apply them to observational data, such as multi-wavelength photometry and spectroscopy.

Content

C1: - Basic properties of fluids and plasmas in astrophysics
	Ideal versus dissipative fluids
	Euler and the Navier-Stokes equations
	Compressible, weakly compressible and incompressible fluid flows
	Magnetohydrodynamics
C2: Numerical methods in hydrodynamics
	The equations in the finite space
	Conditionally versus unconditionally stable numerical schemes
Explicit & implicit formulation
	Preconditioning techniques and defect-correction iteration procedure

C3: Introduction to programming and computer-solving of simple      
       equations
C4: Introduction to General Relativity & Relativistic Cosmology
	Derivation of the relativistic & general relativistic Euler and Navier-Stokes equations
	Dynamics of the expanding univbbbberse
	Basic concepts in modern cosmology: 
Black holes, dark matter, dark energy, inflation
C5: Numerical aspects of relativistic Cosmology: UNIMOUN

Course Information

Content

Stellar structure, evolution and explosions including practical tutorials based on the MESA stellar evolution code

Content

Introduction to the dynamics of systems dominated by gravity (from planetary systems to galaxies) and their numerical treatment.

Content

This lecture is an introduction to molecular astrophysics and astrochemistry.

Content

This is a five day block course with lectures in the morning and practical hands-on exercises in the afternoon. We will learn the basic technique to use GPU (graphical processing units, graphics cards) for numerical accelerated computing at the example of CUDA - an extension of the C programming language, which is used for the NVIDIA GPU accelerated supercomputer to be used in our course. More general approaches for other systems will be discussed. Concepts of parallel programming are introduced. GPU accelerated parallel computing is a technique, which is now widely used in computational physics and astrophysics. Many supercomputers of EuroHPC Petascale systems use GPU.
Topics: Parallel Computing, GPU Hardware, Elements of CUDA Language, Data Transfer, Vector and Matrix Operations, Simple Application for N-Body Problem.

Content

- Lessons learned from gravitational wave sources.
- Compact object formation from stars and binary stars.
- Dynamics of compact objects in dense star clusters.
- Merger rate density evolution of binary compact objects across cosmic time.
- Observations and models of dormant compact objects.
- Numerical models of compact-object populations.

Goal

After completion of this course, the students will acquire state-of-the-art knowledge in the field of astrophysical compact objects. They will be aware of the main results of gravitational-wave observatories, and will have advanced knowledge of the formation channels of binary compact objects and dormant black holes. They will run some of the main scripts and codes to model compact object formation (population synthesis codes, direct N-body codes, semi-analytic codes, simplified LIGO-Virgo data analysis scripts).

Content

The physics of the Universe during the Dark Ages between recombination and reionization.

Content

- Observable signatures of black holes and binaries thereof, calculations of predictions in GR
- Post-Newtonian approximation
- 3+1, Numerical Relativity
- Black Hole images with Very-Long baseline Interferometry (EHT): theory and data analysis
- Accreting black holes, GRMHD
- Bayesian Methods
- Simulated data generation and utilization: eht-imaging, PyCBC, Bilby, Themis

Content

In dieser Vorlesung für Neugierige, sprich: für Hörer*innen aller Fachbereiche (bis 2023 hieß die Reihe noch „...für Nichtphysiker*innen“) beschäftigen wir uns mit dem aktuellen Stand der relativistischen Astrophysik, speziell mit Schwarzen Löchern und den seit Ende 2015 nachgewiesenen Gravitationswellen. Zunächst erarbeiten wir uns dabei die Grundlagen, im zweiten Teil der Vorlesung geht es dann um eine Reihe von Erkenntnissen mit Bezug zur modernen Forschung, die wir zu Schwarzen Löchern und Gravitationswellen haben.

Content

Materiewellen (~20 %)
• Gebundene Systeme (20 %)
• H-Atom (~10 %)
• Wechselwirkung mit externen Feldern (~10 %) • Spin und Feinstruktur (~10 %)
• He-Atom (~10 %)
• Strahlungsgesetze (~ 10 %)

Goal

Die Studierenden können die grundlegenden physikalischen Phänomene der Quantenmechanik und Atomphysik 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.

Content

• Review of basic quantum mechanics
• Dirac equation and relativistic corrections
• Quantization of the electromagnetic field and consequences • Many-electron atoms
• Molecular structure
• Interaction with electromagnetic fields
• Time-dependent processes
• Scattering and collisions
• Quantum statistics and quantum gases
• AMO Physics in Heidelberg (with laboratory visits)

Goal

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

Course Information

Content

• Ray optics
• Wave optics
• Beam optics, Gaussian optics • Fourier optics
• Interference and coherence • Photons and atoms
• Laser theory and lasertypes • Ultra-short laser pulses
• Non-linear optics
• Modern applications

Goal

After completing this course the students will be able to ż describe the basic principles and experimental methods of optics and photonics, ż analyse standard experimental approaches to optics and photonics, ż design experimental set-ups in optics and photonics, ż apply the methods to simple experimental examples.

Content

• Einführung in die Chemie anorganischer und organischer Moleküle

• Prinzipieller Aufbau und Funktion der Zelle (Membranen, Zellorganellen, Zellkern, Metabolismus, Transkription, Translation)

• Thermodynamik in Biosystemen und physikochemische Reaktionen, Enzymkinetiken, -kaskaden

• Physikalische Eigenschaften, elektrostatische und thermodynamische Wechselwirkungen funktioneller Biomoleküle (Proteine, Fette, Kohlenhydrate, DNA, RNA)

• Selbstorganisation und Konformationsumwandlungen von Biomolekülen (Proteinfaltung, DNA-Organisation, strukturelle Phasenumwandlungen, Membranorganisation), molekulare Erkennung

• mechanische Kräfte und molekulare Motoren in zellulären Systemen

• Elektrostatik, Elektrodynamik und Signalübertragung im neuronalen und kortikalen System sowie im Kardialsystem

• Grundlagen photophysikalischer Bioprozesse

• Biophysikalische Techniken (z.B. Zellsortierung, DNA-Amplifikation etc.)

• mikroskopische Methoden der Biophysik

Goal

- Verständnis der wesentlichen Grundlagen der Biophysik - Verständnis komplexer selbstorganisierender Systeme - interdisziplinäres Arbeiten

Content

Basic physical principles in imaging techniques such as X-ray/CT and MRI.

Content

-- CANCELLED FOR WINTER TERM 2024/25 -- 
The seminar is organized as journal club.

Goal

The participants will select a paper given in the Materials selection below and present the content to the group followed by a discussion.  Afterwards, the paper is summerized in a report.

Content

Biospectrscopy
Lasers in Medicine

Content

https://uebungen.physik.uni-heidelberg.de/med-phys

Content

• Chemische Bindung (10 %)
• Molekülstruktur und Anregungen (10 %)
• Struktur von Festkörpern (10 %)
• Gitterdynamik (20 %)
• Elektronen im Festkörper (30 %)
• Magnetische, dielektrische und optische Eigenschaften (20 %)

Goal

Die Studierenden können die grundlegenden physikalischen Eigenschaften von Molekülen und Festkörpern erläutern sowie den Aufbau und die Messprinzipien der wichtigsten Experimente beschreiben. Sie sind in der Lage, die zugrundeliegenden physikalischen Probleme mathematisch zu formulieren und mindestens näherungsweise zu lösen. Die Studierenden können die für diese Lösungen notwendigen Näherungen und Modellvorstellungen erläutern und sind in der Lage, übergreifende physikalische Konzepte zu benennen. Sie sind in der Lage, ihr erworbenes Wissen anzuwenden, indem sie in selbstständig physikalische Probleme aus der Molekül- und Festkörperphysik bearbeiten.

Content

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.

Goal

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.

Content

- Physics of the atmosphere (structure, composition, dynamics, global circulation, radiation) 
- Applications in atmospheric physics (e.g. micro-meteorology, trace gas cycles, atmospheric chemistry, measurement techniques)

Goal

Students achieve an advanced understanding of the physical and chemical processes in the atmosphere, 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 atmospheric physics.

Content

Various remote sensing methods in different spectral ranges for the measurement of atmospheric properties are presented. 
The individual chapters start with the underlying physical interactions. Then the technical realisations and instruments are discussed. Finally examples of atmospheric measurements presented and their relevance for scientific questions (e.g. air pollution, climate change) are discussed.
If non-German speaking participants attend the lecture, it will be given in English. Otherwise in German.

Goal

Comprehensive knwoledge about various atmospheric remote sensing rechniques

Course Information

Content

Lecture on the physics of the climate system, its statistical nature, energy and mass transfer, its sensitivity to external forcing and internal feedback. Climate variability will be discussed on different time scales as well as the cycles of water and green house gases and some important aspects on the response of system compartments on forcing. Lastly, a glimpse is given on climate modelling of present and past climate.

Goal

Students achieve an advanced understanding of the climate system and the methods to study it, including its changes in the past and the modern human impact on it. They are able to solve advanced problems and interpret the results in the context of current research questions and societal implications. They can competently and critically assess the public discourse on climate change on the basis of the current scientific literature. They have developed a knowledge base that enables them to conduct independent master research projects in physics of climate.

Content

- Stratification and circulation of lakes, Navier Stokes – eq.
– solutes, solubility, electrical conductivity
– density, stability and mixing, deep water renewal
– surface waves, seiche, interfacial waves
– internal waves
- properties of internal waves
- Permanent stratification, meromixis, climate sensitivity
- Turbulence I: Introduction to turbulence
- Turbulence II: Spectral characteristics and measurements
- Turbulence III: Momentum and mass transport in turbulent boundary layers
- Turbulence IV: Living in turbulence: biological – physical interactions 
- tracers in aquatic environments

Content

Strahlung und Strahlungstransport:
• Anwendungen Planck´sches Strahlungsgesetz, reale Spektren von Sonne und langwelliger terrestrischer Ausstrahlung, Kirchhoff, Stefan-Boltzmann
• Strahlungstransport: Absorption (Lambert-Beer), Emission und Streuung (Rayleigh, Mie), Schwarzschild-Gleichung
• Energiehaushalt der Erde und Treibhauseffekt; Strahlungsantrieb, Klimasensitivität und Feedbacks

Fluiddynamik:
• Einführung in die geophysikalische Fluiddynamik, Euler/Lagrange
• Navier-Stokes Gleichung im rotierenden System (Coriolis)
• Dimensionsanalyse (für synoptische atmosphärische und ozeanische Strömungen, Seen, Grundwasser) - einfache Lösungen der Navier-Stokes Gleichung
• Phänomenologie der Turbulenz

Transportprozesse:
• Brown´sche Bewegung, molekulare und turbulente Diffusion (eddy correlation); Advektions-Diffusionsgleichung
• Grenzschichten, Austausch Ozean-Atmosphäre

Klimasystem:
• Die Kompartimente des Klimasystems (Atmosphäre, Ozean, Kryosphäre, hydrologischer Kreislauf)
• Kohlenstoffkreislauf, Emissionen, Szenarien, Treibhausgasbudgets
• Grundlagen der Klimamodellierung, Modelltypen, Klimapro-jektionen
• Klimaschutz und Klimaanpassung, Nachhaltige Entwicklung

Goal

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

Course Information

Content

Mechanik (50 %)
• Mechanik des Massenpunktes
• Mechanik des starren Körpers
• Mechanik deformierbarer Körper
Thermodynamik (40 %)
• Phänomenologie der Wärmelehre
• Zustandsänderungen
• Kinetische Gastheorie
• Reale Gase und Phasenübergänge
Transportprozesse (10 %)
• Ströme, Kontinuitätsgleichung, Diffusion, Wärmeleitung

Goal

Die Studierenden verstehen experimentelle Grundlagen und deren mathematische Beschreibungen im Gebiet der klassischen Mechanik, der Thermodynamik und von Transportprozessen. Sie sind in der Lage, selbstständig einfache physikalische Probleme in diesen Gebieten zu lösen.

Content

Mathematischer Vorkurs für Physiker/innen
23.09. - 11.10.2024
 
                   Für das Physikstudium werden von Anfang an solide Kenntnisse und
                   Fertigkeiten aus der  höheren Schulmathematik benötigt. Es handelt sich um:
 
                   Zahlen, Folgen, Reihen und Funktionen, Differential- und Integralrechnung.
                   Trigonometrische Funktionen, Exponentialfunktion, Logarithmus.
                   Elementare Vektorrechnung. Komplexe Zahlen. Taylorreihe.
 
                    Literatur: K. Hefft, Mathematischer Vorkurs zum Studium der Physik,
                                    Springer, Spektrum, (2. Auflage), 2018
                                   Online Fassung:  http://www.thphys.uni-heidelberg.de/~hefft/vk1/ ; 
 
                  Weitere Literatur:
                  S. Grossmann,  Math. Einführungskurs für die Physik, Springer Vieweg, 2012;
                  K. Weltner, Mathematik für Physiker 1 und 2, Springer, 2008;	
                  L. Papula, Mathematik für Ingenieure und Naturwissenschaflter, 
                  Springer Vieweg, 2012;
                  Chr. B. Lang, N. Pucker, Mathematische Methoden in der Physik, 
                  Springer Spektrum, 2005;

 
                  Der Kurs richtet sich an Studienanfänger/innen mit dem Hauptfach Physik 
                  (BSc und Lehramt). Er soll den Übergang von der Schulmathematik zur 
                  Anfängervorlesung Physik erleichtern und wird nicht nur denjenigen 
                  empfohlen, deren Schulabschluss längere Zeit zurückliegt oder die im 
                  letzten Schuljahr wenig Mathematikunterricht hatten.
                  Der Mathematische Vorkurs ist Bestandteil des 
                  Einführungskurses für Studienanfänger/innen, der u.a. einen Basiskurs 
                                             Schlüsselkompetenzen für ein nachhaltiges Studium
                 enthält.
                  Die Kursdauer beträgt 3 Wochen;  täglich 9.15 Uhr  bis ca. 18.00 Uhr. 
                  Beginn: 25.09.2023, 9.00 c.t. Uhr, INF 308, HS 1,
 

Content

Trajektorie, Geschwindigkeit, Beschleunigung
• Newton’sche Axiome
• Gewöhnliche Differentialgleichungen, insbesondere lineare (†)
• Harmonischer Oszillator
• Taylorreihe, Beschreibung durch komplexe Zahlen (†)
• Systeme von Massenpunkten
• Impuls- und Drehimpulserhaltung
• Differential- und Integralrechnung reeller Funktionen mehrerer
Veränderlicher,
Vektorfelder, krummlinige Koordinatensysteme (†)
• Konservatives Kraftfeld
• Stokes’scher Satz (†)
• Matrix-Gruppen und -Darstellungen am Beispiel der Drehgruppe,
Tensoren (†)
• Galilei-Transformationen
• Scheinkräfte
• Allgemeines Zentralkraftproblem und Keplerproblem
• Stellardynamik (*)
• Gravitation ausgedehnter Körper
• Gauß’scher Satz (†)
• Zusammenfassung: Vektoranalysis und Integralsätze im 3-dim. Raum (†)
• Zerfalls- und Stoßprozesse, Wirkungsquerschnitt
• Gekoppelte Oszillatoren, schwingende Saite und Membran
• Makromoleküle (*)
• Strings (in Teilchenphysik und Kosmos) (*)
• Mechanische Ähnlichkeit und Virialsatz
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 variiere

Goal

Nach erfolgreicher Teilnahme am Modul ż kennen und verstehen die Studierenden die Grundlagen, Methoden und Konzepte der Theoretischen Physik im Bereich der Newtonżschen Mechanik von Punktmassen und des starren Körpers, einschließlich der Newtonżschen Gravitation, 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.

Course Information

Content

• Maxwellsche Gleichungen
• Elektrostatik und Magnetostatik
• Multipolentwicklung, Kugelflächenfunktion (†)
• Vollst. Funktionensysteme, Fourieranalyse, Fourierintegral (†)
• Maxwellsche Gleichungen in Materie
• Spezielle Relativitätstheorie
• Kovariante Formulierung, Eichinvarianz
• Lagrangedichte-Elektrodynamik
• Formulierung der E-Dynamik mit Differentialformen, höhere Form-Felder
(*)
• Teilchen in Wechselwirkung mit Feldern
• Wellen
• Wellen in Materie
• Felder bewegter Ladungen
• Greensfunktionen, Funktionentheorie (†)
• Dipolstrahlung
• Thomson-Streuung und Synchrotronstrahlung
• Geometrische Optik
• Polyelektrolyte, DNA (*)
Die mit (†) gekennzeichneten Teile markieren die Mathematikinhalte, die
einen wichtigen
Teil der Vorlesung ausmachen; die mit (*) gekennzeichneten Inhalte
repräsentieren moderne
Aspekte und können je nach Dozent variieren

Goal

Nach erfolgreicher Teilnahme am Modul ż kennen und verstehen die Studierenden die Grundlagen, Methoden und Konzepte der Theoretischen Physik im Bereich der klassischen Feldtheorie, Vektorfelder, Maxwellgleichungen, Elektro- und Magnetostatik sowie der speziellen Relativitätstheorie und der lorentz-kovarianten Formulierung der Maxwell-Gleichungen, 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.

Content

Die Vorlesung MMP 2 richtet sich an Fünft- oder Höhersemestrige im Studiengang Physik.
Zusammen mit der Vorlesung MMP1, die im Sommersemester stattfindet,
ergänzt sie die Mathematik-Pflichtvorlesungen fuer Physiker durch weiterführende,
für die Physik relevante mathematische Inhalte.

In diesem Semester geht es um Mathematik, die zur Quantenfeldtheorie und statistischen Mechanik gehört; es sind folgende Themen vorgesehen:




Elemente der Distributionstheorie
Banachraumwertige analytische Funktionen
Spektraltheorie
Kompakte Operatoren und Spurideale
Fredholmdeterminanten
Brown'sche Bewegung und Feynman-Kac-Formel
Gauss'sche Maße und Quantenfeldtheorie

Content

Infos auf unserer Website: https://sciai-lab.org/teaching/24w/mlph/

Content

https://www.thphys.uni-heidelberg.de/%7Eamendola/lss-ws2024.html

Course Information

Content

- Basic concepts of numerical simulations, continuous and discrete simulations
- Discretization or ordinary differential equations, integration schemes of different order
- N-Body problems, molecular dynamics, collisionless systems
- Discretization of partial differential equations
- Finite element and finite volume methods
- Lattice methods
- Adaptive mesh refinement and multi-grid methods
- Matrix solvers and FFT methods
- Monte Carlo methods, Markov Chains, applications in statistical physics

Goal

After completion of this module, the students are endowed with the capacity to identify and classify numerical problems. They have reached active understanding of applicable numerical methods and algorithms. They are able to solve basic physical problems with adequate numerical techniques and to recognize the range of validity of numerical solutions.

Content

https://www.h-its.org/teachings/ws-2024-25-lectures-and-hands-on-sessions-in-computational-molecular-biophysics/ 

Only a limited number of students can be accepted. Please register in advance by sending an Email to Frauke.Graeter@h-its.org.

Content

https://hci.iwr.uni-heidelberg.de/content/optimization-machine-learning-WiSe24

Content

Please find all information here:

https://hci.iwr.uni-heidelberg.de/content/computer-vision

*** Formalities:

Teaching assistants (main point of contact): Friedrich Feiden: johann-friedrich.feiden@iwr.uni-heidelberg.de; Zavadski, Denis: denis.zavadski@iwr.uni-heidelberg.de

Registration: Moodle: https://moodle.uni-heidelberg.de/course/view.php?id=24146


Prerequisite: no prerequisites, but it is recommended to have Machine Learning Background, e.g. Fundamentals of Machine Learning or equivalent

Exam: Either oral exam or mini-project (as in last years).
Leistungspunkte: 6 LP
Usability: Physics, MSc., Angewandte Informatik, MSc. Scientific Computing

Goal

- Brief Introduction to necessary Machine Learning (incl. U-Net, ResNet, Vision Transformers) - Basic Image Processing (incl. linear/non-linear Filtering) - Sparse feature Detection and Description (incl. SIFT and LIFT) - Projective Geometry, Epipolar Geometry - Sparse 3D Reconstruction , SLAM and Camera Localization - Neural Randiance Fields (NERF) - Robust Matching (incl. Differentiable RANSAC) - Object Tracking (incl. Particle Filter, Kalman Filter, ) - Object Recognition - Image Generation (incl. GAN, Diffusion, VAE, Flows) - Training Data Generation

Content

https://drive.google.com/file/d/1Zaorp0tHFz-oyY6wDrJ2xseTx_3fyi50/view

Content

https://uebungen.physik.uni-heidelberg.de/med-phys

Content

Von der Entstehung der Sonne, über die Entwickliung der Protoplanetaren Scheibe zu Planeten mit ihren Ringen und Satelliten, Exo-Planeten und die Frage der Bewohnbarkeit.

Content

Journal Club on all issues related to galaxy evolution.

Content

Presentations of and discussions on new literature and research projects of the stellradynamics group at ARI

Content

Detection of Extrasolar Planets, including observing methods, data analysis and technical questions

Content

presentations and discussions on current research in the field of hot stars

Course Information

Content

In this seminar, we will cover YOUR topic of interest in physics. If you still want to find and/or develop your passion for a specific science area, I can provide some stimulus in terms of topics to choose from.  However, I highly appreciate if you already know your topic of choice and introduce it to your fellow students and myself, and we can all discuss it together.

This seminar, in general, aims at current and foundational experimental and theoretical advances of physics. 

The idea is to prepare presentations and to discuss topics of interest in physics, such as landmark historical or recent experiments but also experimental or numerical methods (e.g. computational physics), depending on interest and initiative of you as participants.  Each seminar talk, given by a student, should introduce into the fundamentals of the chosen topic in a manner understandable to any general physics student of your own academic age, and present one or two noteworthy recent results or achievements in this field.


A key goal is to explore and develop your own scientific curiosity and passion for physics questions of interest to you, concepts, necessary methodology and past, current and potential future research.  It thus requires from you as participants the openness towards these goals, readiness for lively discussions, creative new ways of sharing knowledge, as well as independence in searching for, organizing, presenting novel information with your fellow student participants of this seminar series and engaging them in (constructive as well as critical) discussions.

Looking forward to learning together with you.

Our first meeting will be on 14(!) October 2024, 17:00 (note the unusual time for our first meeting, the seminar will afterwards run Mondays from 16:15-17:45) in SeminarRoom 1.404 at KIP (INF227) where we will assign the dates for your presentations.  We will then meet at this time in the same place for the following seminar meetings as well.

Webpage Seminar: https://uebungen.physik.uni-heidelberg.de/vorlesung/20242/1928
Webpage Pfeifer Division: https://www.mpi-hd.mpg.de/pfeifer/

Goal

see above

Content

Medical imaging (MRI, CT, nuclear medicine), radiation therapy and biology, optical imaging / microscopy.

https://medphysrad-teaching.dkfz.de/seminar.html

Content

Overview talks regarding current status of research and specialized talks concerning advanced topics.

Summer semester: Radiation oncology

For more information, please see:
https://medphysrad-teaching.dkfz.de/mp2_sem.html

Schedule will be published here:
https://www.dkfz.de/en/medphysrad/department/seminar.html

Content

Advanced seminar: This seminar will discuss the status of current research projects at the DKFZ regarding the development of medical imaging (especially MRI, CT, hyperpolarization, PET).

Additional information: https://medphysrad-teaching.dkfz.de/abteilungsseminar.html

Content

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
...

Content

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
19.10.2024	Einführung, Vorbesprechung	
25.10.2024	Einlesen +Vorbereitung	
1.11.2024	Feiertag	
8.11.2024	Einlesen +Vorbereitung	
15.11.2024	(1) Isotopentrenneffekte 	NF
22.11.2024	(2) Messmethoden  MS/CRDS 	NF
29.11.2024	Entfällt	
6.12.2024	(3) Der globale Wasserkreislauf 	MS
13.12.2024 	(4)Kohlenstoffkreislauf   Atmosphäre(Stabile Isotope 13C, 18O)	MS
20.12.2024 	(5) Radiokohlenstoff (14C) in der Atmosphäre (oder Thema 7)	MS
10.1.2025	entfällt	
17.1.2025	(6) Klimarekonstruktion anhand von Eisbohrkernen 	NF
24.1.2025	(7) Isotope in der Forensik (oder Thema 5)	MS
31.1.2025	Laborführung

Goal

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.

Content

Overarching theme of the seminar in WS24/25:
Exploring the Processes of the Earth System: Recent Advances in Environmental Physics

Details:
•  during the seminar, 13 talks on specific research areas of environmental physics are given and actively discussed by all course participants.  
• Each participant will prepare and present an advanced topic in environmental physics 
• Beside the oral presentation of the research topic also is write-up of the presented talk is required.

Goal

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

Course Information

Content

Reduktion der fachwissenschaftlichen Kenntnisse auf den gymnasialen Physikunterricht 
Vorbereitung auf das Referendariat nach dem Master of Education
Schwierigkeiten und Lösungen bei der Vermittlung von Physik
didaktische Prinzipien
Methoden und Konzepte

Goal

Grundlagen der Fachdidaktik für das gymnasiale Lehramt

Content

- Präsentation von Unterrichtsthemen durch einen Seminarteilnehmer 
- Diskussion der Präsentation durch die Teilnehmer 
- Praktikum in kleinen Gruppen zu Versuchsaufbauten und zur Nutzung von Computern im Unterricht. 

Themengebiete: Elektrische und magnetische Felder, Schwingungen und Wellen, Quanten- und Atomphysik 

Lehr- und Lernformen in Seminar und Praktikum: Aufbau und Demonstration von Versuchen (mit praktischen Übungen) und Einsatz von Computern im Unterricht

Goal

Die Studierenden kennen typische Schulversuche für die gymnasiale Oberstufe und sind in der Lage, diese selbstständig ins Werk zu setzen. Sie sind geübt in der Präsentation der theoretischen Grundlagen mit eingebundener Demonstration möglichst vielfältiger Versuchsanordnungen inklusive des Einsatzes von Computern. Sie beherschen die Grundlagen des Schulstoffs.

Course Information

Content

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, Entdeckung des Higgs-Bosons, Bestimmung der Neutrino-Masse

Content

Seminarthemen und Termine (Änderungen vorbehalten)

15.10.2024 Vorbesprechung

1 Nichtlineare Dynamik

5.11.2024: Nichtlineare Dynamik: Einführung, einfache Modelle
12.11.2024: Modelle für Galaxien: Das Hénon Heiles Potential. 
19.11.2024: Weiches Chaos. Das KAM Theorem. 
26.11.2024: Hartes Chaos, das anisotrope Keplerproblem. 

2 Stochastische Dynamik

3.12.2024: Stochastische Dynamik, Modelle und einfache Systeme 
10.12.2024: Stochastische Resonanz 
17.12.2024: Feynmans Ratsche, rauschinduzierter Transport 

3 Elastizitätstheorie, Hydrodynamik

14.1.2025: Elastizitätstheorie, Hydrodynamik 
21.1.2025: Euler-Gleichungen, Navier-Stokes Gleichungen, Potential- und Wirbelströmung 
28.1.2025: Schwerewellen im Wasser, Kapillarwellen, Machsches Phänomen 

4.2.2025: Abschlussbesprechung

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https://hci.iwr.uni-heidelberg.de/content/optml-seminar-WiSe24

Content

https://www.quanty.org/workshop/heidelberg/september_2024/programme

This is an international summer school accepting 40 participants. Please register at https://www.quanty.org/workshop/heidelberg/september_2024/registration lecture goes one week from 23.9 to 28.9 2024

Content

Students present recent papers. https://sciai-lab.org/teaching/journal-club/

Content

Participation only in combination with an internship or thesis in the lab

Content

Numerical methods for the solution of physical problems in Mechanics, Celestial Mechanics, Quantummechanics, CFD and Astrophysics with homework

Content

20 Beobachtungsabende nach Vereinbarung

Content

Ausgewählte Themen aus der Mechanik, Elektrizitätslehre, Optik und Strahlenphysik werden in 6 Versuchen (Federpendel, Wheatstone´sche Brücke, RC-Glied, optische Abbildungen, Spektralfotometrie, Röntgenabsorption) inhaltlich vertieft. Dabei wird der Umgang mit physikalischen Messgeräten, die Durchführung und Protokollierung von Experimenten sowie die Auswertung und graphische Darstellung von Messungen mit Fehlerbetrachtung erlernt und geübt.

Goal

Ziel ist es dabei eine Einschätzung zu erhalten, welche Parameter Messgrößen begrenzen und beeinflussen, und wie dies in einem wissenschaftlichen Protokoll dargestellt wird.

Content

• 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)

Goal

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.

Content

• 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

Goal

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.

Content

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.

Goal

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.

Content

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.

Goal

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.

Content

This two week intensive course is intended for students interested in learning the principles and methods of probability and statistics needed for analyzing, modelling and interpreting data. Basic (high-school) familiarity with statistical concepts is assumed. The topics covered include probability distributions, Bayesian reasoning, hypothesis testing, maximum likelihood, linear regression, monte carlo methods, etc. Mathematical proofs and derivations will be kept to a minimum (although matrix operations are very important) and greater emphasis will be placed on how to practically apply statistical tools to help you interpret real data. The course will be taught in the R programming environment (no prior knowledge of R is assumed). The course is recommended for students that have already completed the first two semesters.

(If you are having trouble registering for this course on heiCo, email the lecturer directly with yout name and matriculation number to be added manually.)

Course Information

Die Beispiele im Kurs benutzen Physik der
ersten paar Semester.

There are some examples in the course that
are based on physics of the first few semesters.

Content

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.

Goal

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.

Course Information

Content

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.

Goal

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.

Course Information

Content

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.

Goal

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.

Course Information

Content

Die Studierenden erwerben Kenntnisse zu Lerntechniken, zur Mitschrift, Vor- und Nachbereitung von Vorlesungen, effektive Teamarbeit, Zeitmanagement, Vorbereitung von Prüfungen und im Bereich Medienkompetenz.

Goal

Nach erfolgreichem Besuch des Moduls kennen die Studierenden Lerntechniken, Techniken zur Mitschrift, Vor- und Nachbereitung von Vorlesungen. Sie haben sich mit Gruppenarbeit und deren Gestaltung einschließlich effektiver Kommunikation beschäftigt. Sie kennen Strategien um sich effektiv auf Prüfungen vorzubereiten und besitzen die notwendige Medienkompetenz (Internetzrecherche, Literaturrecherche, Literaturdatenbank und Zitieren, Einführung Textverarbeitung).

Content

Scientific writing is an essential skill: The aim of the seminar is to write a short article about a curious and interesting physics result and potentially publish it in the online journal Phoebe. We guide the student through the writing process.

Goal

being able to write a short, accessible scientific article, understand the essentials of scientific writing