Table-top-Präzisionsexperimente in der fundamentalen Physik
Table-Top Precision Experiments in Fundamental Physics

Modul NAT3007

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Basisdaten

NAT3007 ist ein Semestermodul in Deutsch oder Englisch auf das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Spezifischer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Biophysik

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 60 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul NAT3007 ist Peter Fierlinger.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Die Vorlesung bietet einen Überblick über Präzisionsexperimente, welche komplementär zu hochenergetischen Beschleunigern die Grenzen der Naturgesetze erkunden und Physik jenseits des Standardmodells suchen. Die Experimente werden in einen größeren Kontext gesetzt und aus der Physik heraus motiviert, und die verwendeten Methoden, experimentelle Herausforderungen und Ergebnisse diskutiert. Themen sind:
  1. Suche nach elektrischen Dipolmomenten fundamentaler Quantensysteme
  2. Tests der Lorentz-Invarianz
  3. Erhaltung der CTP Symmetrien
  4. Ultraleichte und Axion-artige Teilchen
  5. Struktur des Protons und des Neutrons, Ladungsradius
  6. Messmethoden, beispielsweise Ramsey-Spektroskopie
  7. Tests der Schwerkraft mit Torsionspendeln und Quantenmethoden
  8. Spin-Uhren
  9. Anti-Wasserstoff Experimente
  10. Präzisionsmessungen der Zerfälle von Neutron und Myon
  11. Kleine Magnetfelder
  12. Einblick in systematische Effekte bei Präzisionsmessungen

Lernergebnisse

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul sind die Studierenden in der Lage:

  1. Einen Überblick über das Themengebiet table-top Präzisionsmessungen wiederzugeben
  2. Den Bezug der Experimente zum Standardmodell der Teilchenphysik zu erklären
  3. Experimentelle Methoden in diesem Forschungsgebiet zu beschreiben
  4. Die Stärken und Grenzen der Methoden zu erklären und abzuschätzen

Voraussetzungen

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

WS 2022/3
ArtSWSTitelDozent(en)TermineLinks
VO 2 Table-Top Precision Experiments in Fundamental Physics Fierlinger, P. Mi, 14:00–16:00, PH 2271
 eLearning
UE 2 Exercise to Table-Top Precision Experiments in Fundamental Physics
Leitung/Koordination: Fierlinger, P. 		Mo, 10:00–12:00, PH 2271

Lern- und Lehrmethoden

In der thematisch strukturierten Vorlesung werden die Lerninhalte präsentiert, dabei werden insbesondere mit Querverweisen zwischen verschiedenen Themen die universellen Konzepte der Physik aufgezeigt. In wissenschaftlichen Diskussionen werden die Studierenden mit einbezogen und das eigene analytisch-physikalische Denkvermögen gefördert. In der Übung werden anhand von Problembeispielen und (Rechen-)Aufgaben interessante Aspekte der Experimente veranschaulicht und das Verständnis vertieft, sodass die Studierenden das Gelernte selbständig erklären und anwenden können.

Medienformen

Powerpoint, Tafelanschrieb, Übungsblätter

Literatur

Literature is provided in the lecture. Basic background information with overview character can be obtained here: https://indico.ph.tum.de/event/4524/timetable/?print=1&view;=standard T. E. Chupp, P. Fierlinger, M. J. Ramsey-Musolf, and J. T. Singh, Rev. Mod. Phys. 91, 015001 (2019)

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von 25 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen und Beispielrechnungen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Erklären Sie die Messung des elektrischen Dipolmoments von Xenon-129 an Hand einer Skizze.
  • Beschreiben Sie die Funktionsweise einer Spin-Uhr und deren systematische und statistische Limitierungen
  • Motivieren Sie Messungen des Newtonschen Schwerkraftgesetzes und diskutieren Sie dazu moderne Experimente

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Nach oben