Summer Term 2025

1300111201
Anmeldung ab 01.03.2025 möglich
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Content

• 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

1300112105
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Content

* 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.

Goal

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.

1300112200
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Content

- 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

Goal

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.

1300112202
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Content

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

1300112203
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Content

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

Goal

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.

1300112204
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Content

- 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

Goal

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.

1300112302
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1300112304
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1300112305
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Content

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

1300112306
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1300112307
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Content

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

Goal

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.

1300112308
Zu dieser LV existiert kein Anmeldeverfahren

1300112309
Zu dieser LV existiert kein Anmeldeverfahren

1300112310
Zu dieser LV existiert kein Anmeldeverfahren

1300112319
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1300112341
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Content

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.

1300112354
Anmeldung ab 01.03.2025 möglich
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Content

This lecture will discuss the principles of radio and millimeter astronomy. This field is progressing rapidly, thanks to new facilities that reach high sensitivities and resolutions, such as ALMA and MeerKAT. We will discuss the physical processes that give rise to radio and millimeter wave emission, from star forming regions in the Milky Way to galaxies in the very young universe. A focus will also be on the technology by which to capture radio and millimeter emission, including the concepts of radio and millimeter interferometry. Note: block course from April 1 - 11, 2025, 9:15-12:00.

1300112411
Anmeldung ab 01.03.2025 möglich
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Content

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.

1300114300
Anmeldung ab 01.03.2025 möglich
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1300116004
Anmeldung ab 01.03.2025 möglich
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Content

Diese Vorlesung wendet sich an Hörer aller Fakultäten, die einen Einblick in die moderne Astronomie und Astrophysik bekommen wollen. Es werden keine besonderen physikalischen oder mathematischen Vorkenntnisse benötigt. 

Folgende Themen werden abgedeckt (die Termine sind vorläufig):

15.4.24  Astronomie heute  (Wambsganβ, Fendt) 
22.4.24   Geschichte der Astronomie  (Wambsganβ)  
29.4.24   Licht, Teleskope, Instrumente  (Fendt)
  6.5.24   Sterne – Klassifikation  (Fendt)
13.5.24   Sonne, Erde, Mond  (Wambsganβ)
20.5.24          (keine Vorlesung, Feiertag)
27.5.24   Das Planetensystem  (Wambsganβ)   
  3.6.24   Sterne – Aufbau & Entwicklung  (Fendt)
10.6.24   Interstellares Medium & Sternentstehung  (Fendt)
17.6.24   Die Milchstrasse  (Fendt)
24.6.24   Exoplaneten & Leben  (Wambsganβ) 
  1.7.24   Galaxien  (Wambsganβ)
  8.7.24   Aktive Galaxien, Quasare, Schwarze Löcher  (Fendt)
15.7.24   (Eventuell Besuch auf dem Königstuhl mit Besichtigung der astronomischen Institute)

.

1300116107
Anmeldung ab 01.03.2025 möglich
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1300120401
Anmeldung ab 01.06.2025 möglich
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Content

DAY 1: short summary of python basics
DAY 2: classes and object oriented programming
DAY 3: accuracy & speed (general, not python only), parallelization & regular expressions
DAY 4: pandas, cython, scipy
DAY 5: some examples of machine learning (ML)

1300122203
Zu dieser LV existiert kein Anmeldeverfahren

Content

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

Goal

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.

1300122219
Zu dieser LV existiert kein Anmeldeverfahren

1300122221
Zu dieser LV existiert kein Anmeldeverfahren

1300122225
Zu dieser LV ist keine Anmeldung möglich

1300122226
Zu dieser LV existiert kein Anmeldeverfahren

1300132215
Zu dieser LV ist keine Anmeldung möglich

Content

https://moodle.umm.uni-heidelberg.de/moodle/course/view.php?id=133

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.

1300132218
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Content

s. Module Handbook

Goal

s. Module Handbook

1300132219
Zu dieser LV existiert kein Anmeldeverfahren

Content

s. Module Handbook

Goal

s. Module Handbook

1300132220
Zu dieser LV existiert kein Anmeldeverfahren

Content

s. Module Handbook

Goal

s. Module Handbook

1300132222
Zu dieser LV existiert kein Anmeldeverfahren

Content

Subject: Magnetic Resonance Imaging (MRI) and Nuclear Medicine

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

1300132232
Zu dieser LV ist keine Anmeldung möglich

Content

see module handbook

1300132235
Zu dieser LV existiert kein Anmeldeverfahren

1300132238
Zu dieser LV ist keine Anmeldung möglich

1300142101
Zu dieser LV existiert kein Anmeldeverfahren

Content

* 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
(each chapter includes experimental basics)

Goal

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.

1300152101
Anmeldung ab 01.03.2025 möglich
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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.

1300152102
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Content

Vorgaben des Bildungsplans Physik Gymnasium 
Einführung in fachdidaktische Denk- und Arbeitsweisen 
Grundlagen der Planung und Analyse von Physikunterricht zu ausgewählten Teilgebieten der Physik unter Einbeziehung heterogener Lerngruppen 
Experimente, Medieneinsatz und Aufgabenkultur im Physikunterricht 
Leistungsbewertung im Physikunterricht 
Fachdidaktische Reflexion von Physikunterricht

Goal

Die Studierenden   ż kennen die Vorgaben des aktuellen Bildungsplans und grundlegende Methoden im Physikunterricht  ż kennen Konzepte fachbezogener Bildung und können diese kritisch analysieren, bewerten und anwenden.  ż können fachdidaktische Lerninhalte vernetzen und situationsgerecht anwenden   ż verfügen über erste reflektierte Erfahrungen im Planen, Gestalten und Durchführen von kompetenzorientiertem Unterricht

1300152104
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Content

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.

Goal

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.

1300152203
Anmeldung ab 01.04.2025 möglich
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Content

• 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

Goal

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.

1300152204
Anmeldung ab 01.04.2025 möglich
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1300152212
Zu dieser LV existiert kein Anmeldeverfahren

Content

1 week block lecture, language: English, Sep. 22-26, 2025, 9-18h, INF229, R108 (first floor), lecturer: Dr. Jochen Landgraf.

1300153001
Anmeldung ab 01.03.2025 möglich
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1300161107
Anmeldung ab 01.03.2025 möglich
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Content

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

Goal

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.

1300161143
Anmeldung ab 01.03.2025 möglich
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Content

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

Goal

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.

1300162201
Zu dieser LV existiert kein Anmeldeverfahren

Content

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

Goal

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)

1300162205
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Content

This course is dedicated to the physics of strongly-interacting (QCD) matter under extreme conditions. These include very high temperatures, such as in the very early times of our universe, or very high pressure, such as in the interior of neutron stars.
These conditions are reproduced in the laboratory via collisions of heavy ions at ultra-relativistic energies, where a quark-gluon plasma is produced.
We will provide a broad introduction to heavy-ion physics, both from the theoretical and from the experimental point of view.

1300162301
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1300171102
Anmeldung ab 01.03.2025 möglich
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Content

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.

Goal

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.

1300171104
Anmeldung ab 01.03.2025 möglich
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Content

• 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.

Goal

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.

1300171201
Zu dieser LV existiert kein Anmeldeverfahren

Content

Die Vorlesung MMP 1 richtet sich an Viertsemestrige im Bachelorstudiengang Physik. Sie ergänzt die Mathematik-Pflichtvorlesungen fuer Physiker durch weiterführende, für die Physik relevante mathematische Inhalte.
In diesem Semester sind folgende Themen vorgesehen:

Elemente der komplexen Analysis
Hilbert- und Banachräume, Theorie linearer Operatoren
Anwendungen in der Quantenmechanik
Die Lehrveranstaltung findet größtenteils in Präsenz, an wenigen Terminen online statt.
Einzelheiten werden den registrierten Teilnehmer(inn)en direkt mitgeteilt.

1300172103
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Content

* 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

Goal

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.

1300172201
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Content

• Effective action
• Symmetries and conservation laws
• Gauge theories: QED, QCD, QFT, quantized
• Feynman rules in Lorentz covariant gauges
• Renormalization in Gauge theories
• One-loop QED
• Spontaneous symmetry breaking and Higgs mechanism
• Renormalization groups, Wilson renormalization, lattice gauge theory

Goal

After completing the course the students ż have a thorough knowledge and understanding of the regularisation and renormalisation programme in ż4-theory, of renormalisation in QED and non-abelian gauge theories (1-loop order), of the effective action and the modern renormalisation group approach, ż have acquired the necessary mathematical knowledge and competence for an in-depth understanding of this research field, ż 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, ż are able to broaden their knowledge and competence in this field of theoretical physics on their own by a systematical study of the literature.

1300172204
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Content

- 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.

Goal

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.

1300172205
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Content

Contents:
1) Relativistic quantum theory (Dirac equation, relativistic light-matter
interaction)
2) Quantum theory of light and matter (quantized fields, interaction with
atoms)
3) Open quantum systems (matter and radiation, decoherence, Lamb-shift, natural line width)
4) Dynamics, time evolution and response theory
5) Many electron atoms and lattice models

1300172206
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Content

The course will cover advanced topics in Cosmology.

More information on
http://www.thphys.uni-heidelberg.de/%7Eamendola/advcosm-ss2025.html

1300172207
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Content

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.

1300172208
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Content

Basics and applications of nonequilibrium quantum field theory to particle physics/early universe cosmology and experiments with ultracold quantum gases: path integral formulation, resummation techniques, renormalization, classical aspects of nonequilibrium quantum fields, nonequilibrium instabilities, far-from-equilibrium scaling phenomena, thermalization.

1300172210
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Content

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 May 20, and continues for 8 lectures, every Tuesday at 11:15-13:00. More info 
https://www.thphys.uni-heidelberg.de/%7Eamendola/intromath-ss2025.html
  

   - Basics of Mathematica: functions, graphics, input/output, modules, algebraic manipulations, arrays, numerical methods
   - Solving common mathematical, physical, and statistical problems

1300172211
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Content

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.

1300172212
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Content

1. Strongly interacting fermions: the BCS-BEC crossover
1.1. Scattering theory and Feshbach resonances
1.2. BCS theory of superconductivity
1.3. Bose-Einstein condensation and superfluidity
1.4. Unitary Fermi gas and scale invariance
1.5. Contact density and Tan relations
1.6. Fermi polarons and spectroscopy
2. Bosons in optical lattices: the Mott Insulator—Superfluid transition
2.1. Optical lattices and Bose-Hubbard model
2.2. Mott Insulator—Superfluid transition
2.3. Quantum Critical Point, excitations and Higgs mode
2.4. Fermi-Hubbard model
2.5. Quantum Simulation
3. Real-time dynamics and transport
3.1. Nonequilibrium dynamics and thermalization
3.2. Collective modes and transport

1300172213
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Content

We derive the thermal ground state for the deconfining phase of SU(2) Yang-Mills Thermodynamics, discuss its thermal quasiparticle excitations, and compute the polarization tensor of the effective massless gauge mode. Next, we use these results under the postulate that thermal photon gases of sufficiently large spatial volumes are described by an SU(2) rather than a U(1) gauge principle. For the CMB this gives rise to a modified temperture-redshift relation with an interesting link to 3D Ising criticality. Moreover, we argue that the CMB large-angle anomalies may be traced to SU(2) screening effects and that an axial anomaly with chiral symmetry breaking at the Planck scale yields an ultralight axion particle whose temperature dependent mass essentially is determined by the SU(2) thermal ground state. The super-horizon sized condensate of these particles is a candidate for dark energy. To test the above postulate
recents results of a terrestial blackbody-cavity experiment are discussed and interpreted in the context of SU(2) Yang-Mills thermodynamics.

 Objectives: instanton, Matsubara sum, caloron, thermal ground state, thermal quasiparticle dispersion law, critical exponent, cosmological model, Veneziano-Witten, emissivity, Dicke switch, difference of dBm of noise power

1300172214
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Content

History of the neutrino
Flavor physics
Neutrino Oscillations in Vacuum and Matter 
Neutrino Masses in the SM and beyond 
Dirac and Majorana neutrinos
Neutrinoless double beta decay
Neutrinos from the Sun and the atmosphere
Reactor and accelerator neutrinos 
Neutrinos in cosmology
High energy astrophysical neutrinos 
Coherent elastic neutrino-nucleus scattering

1300172218
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1300172219
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1300172220
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1300172228
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1300182202
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Content

- 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

Goal

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.

1300182209
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1300182219
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Content

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)