Sommersemester 2025

1300172103
LV-Anmeldung möglich
Link zur Anmeldung

Lehrinhalt

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

Lehrziel

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

1300172201
LV-Anmeldung möglich
Link zur Anmeldung

Lehrinhalt

• 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

Lehrziel

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.

1300172206
Anmeldung abgelaufen
Link zur Anmeldung

Lehrinhalt

The course will cover advanced topics in Cosmology.

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

1300172208
LV-Anmeldung möglich
Link zur Anmeldung

Informationen zur Veranstaltung

Lehrinhalt

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.

1300172211
LV-Anmeldung möglich
Link zur Anmeldung

Lehrinhalt

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

1300172212
LV-Anmeldung möglich
Link zur Anmeldung

Informationen zur Veranstaltung

Lehrinhalt

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

1300172219
LV-Anmeldung möglich
Link zur Anmeldung

1300172220
LV-Anmeldung möglich
Link zur Anmeldung

Informationen zur Veranstaltung

Lehrinhalt

Lecture time & place: Wed 2:00pm at großer Hörsaal, Philosophenweg 12

Motivation:
Nonlinear dynamics is an interdisciplinary part of mathematical physics, with applications in such diverse fields as mechanics, optics, chemistry, biology, ecology, to name but a few. Equations with nonlinearities show a much more diverse behavior than their linear counterparts, for instance self-sustained oscillations, nonlinear competition (as linear superposition does not hold anymore), chaotic dynamics and pattern formation.

Contents:
The lecture deals with nonlinear dynamics on the level of ordinary differential equations (ODEs), introducing concepts like phase space analysis, attractors, (in)stability of solutions and bifurcations, multiple scale analysis and nonlinear oscillations.

1300172228
LV-Anmeldung möglich
Link zur Anmeldung

Lehrinhalt

Effective Field Theories (EFTs) furnish an elegant means to take the first step towards the next quantum field theory of nature, because they allow to include physics beyond the standard model (SM) in a model-independent way via higher dimensional operators.
Beyond that, they are useful to tackle problems with separated scales, that arise in many areas of fundamental physics. EFTs allow to describe the important physics conveniently in terms of degrees of freedom that are most relevant at a given length-scale. In particular, they allow to consistently re-sum large logarithms of ratios of scales, that would otherwise spoil the perturbative expansion, and provide a modern notion of renormalization.
This lecture provides a comprehensive introduction to the concept of EFTs and modern applications, including the bottom-up approach to physics beyond the SM as a guide to the next theory of nature.

The topics covered include:
- General concept of EFTs and resummation
- EFT of weak interactions: Fermi-Theory and Flavor Physics
- EFT of QCD: Chiral Perturbation Theory
- EFTs and Electroweak Symmetry Breaking: the non-linear Sigma Model
- EFT of Axions / Axion-like particles
- EFTs and neutrino physics
- Bottom-up approach to a more fundamental theory of nature: SM-EFT and its variants
- EFT for Dark Matter

1300161170
Anmeldung abgelaufen
Link zur Anmeldung

1300171110
Anmeldung abgelaufen
Link zur Anmeldung

Lehrinhalt

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

Lehrziel

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

1300171111
Anmeldung abgelaufen
Link zur Anmeldung

Lehrinhalt

Vergabe der Themen erfolgt kurzfristig nach der Anmeldung. Bitte kontaktieren
Sie mich so früh wie möglich. Änderungen bei den Themen sind möglich, wenn Sie eigene Vorschläge haben, die in den Rahmen passen, melden Sie sich bitte.

Jeder Vortrag sollte von zwei Vortragenden gehalten werden.

29.4.2025 Vorbesprechung

Themen:

Nichtlineare Dynamik:
1. Einführung, einfache Modelle, Grenzyklen, Bifurkation
2. Hopfbifurkation, Seltsame Attraktoren, Chaos
3. Ortsabhängige Systeme, Turing-Instabilität, Musterbildung

Stochastische Dynamik
4. Modelle und einfache Systeme
5. Stochastische Resonanz
6. Rauschinduzierter Transport

Kontinuumsmechanik
7. Überblick zu Elastizitätstheorie, Hydrodynamik
8. Euler-Gleichungen, Navier-Stokes Gleichungen, Potential- und Wirbelströmung

1300171112
Anmeldung abgelaufen
Link zur Anmeldung

1300172221
LV-Anmeldung möglich
Link zur Anmeldung

Lehrinhalt

Phase transitions and critical phenomena; Topological phase transitions; Ising model;
Boltzmann equation and H-theorem; Master equation, Markovian and non-Markovian processes; Langevin- and Fokker-Planck equation; Nonlinear boson diffusion equation;
Time-dependent Bose-Einstein condensate formation in ultracold bosonic atoms; Thermalization of gluons in relativistic collisions; Partial thermalization of recombination photons in the early universe; Pattern formation and self-organization in nature; Physical basis for the direction of time

1300170001
Zu dieser LV existiert kein Anmeldeverfahren