Astroteilchenphysik 1
Astro Particle Physics 1

Das Modul beschäftigt sich mit den Zusammenhängen zwischen Komsologie und Teilchenphysik. Es wird zunächst eine Einführung in die Kosmologie und das Standardmodell der Teilchenphysik gegeben. Es werden dann die wichtigsten beobachtbaren Eigenschaften unseres Universum eingeführt und deren Zusammenhänge mit der Teilchenphysik erläutert: die kosmische Hintergrundstrahlung, primordiale Nukleosynthese und grossräumige Strukturen. Anhand der zugänglichen Beobachtungen wird das Problem der dunklen Materie erörtert. Es werden mögliche Kandidaten und Experimente zu ihrem Nachweis besprochen.

Die Vorlesung ist wie folgt gegliedert:

I.     Einführung in die Kosmologie

II.    Einführung in das Standardmodell der Teilchenphysik

III.   Kosmologische Beobachtungen

IV.   Dunkle Materie

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

• das Standardmodell der Teilchenphysik und dessen Grenzen zu beschreiben.
• mehrere grundlegende Beobachtungen zu erklären, die unser Verständnis der Kosmologie geprägt haben.
• den Einfluss von Elementarteilchen und deren Wechselwirkungen auf die Evolution und Geometrie des Universums zu beschreiben.
• die Entstehung der leichten Elemente und der kosmische Hintegrundstrahlung mit der Evolution des Universums in Verbindung zu setzen.

PH0014: Kern-, Teilchen- und Astrophysik 1 und  PH0015: Kern-, Teilchen- und Astrophysik 2.

Das Modul besteht aus einer Vorlesung und einer Übung.

In der Vorlesung werden die Inhalte erläutert, wobei durch kurze interaktive Aufgaben und Fragen an die Studierenden dazu angeregt wird, sich aktiv mit den Inhalten auseinander zu setzen. 

In Übungen werden sowohl Fragen zum konzeptionellen Verständnis als auch Rechenaufgaben gestellt. Die Studenten sollten alle Probleme der Uebungen bearbeiten.  Vor- und Nachbearbeitung des in der Vorlesung behandelten Stoffes wird empfohlen.

Beamerpraesentation, Übungsblätter.

• L. Bergstrom, A. Goobar: Cosmology and Particle Astrophysics, Springer-Verlag Berlin/Heidelberg, (2004)
• H.V. Klapdor-Kleingrothaus, K. Zuber: Teilchenastrophysik, Teubnerverlag, Stuttgart, (1997)
• B.R. Martin, G. Shaw: Particle Physics, John Wiley & Sons, (2017)
• P. Schneider: Extragalactic Astronomy and Cosmology, Springer-Verlag Berlin/Heidelberg, (2010)
• C. Grupen: Astroparticle physics, Springer-Verlag Berlin/Heidelberg, (2005)

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:

• Woher kommt die kosmische Hintergrundstrahlung, und was hat man bisher aus ihr gelernt?
• Erklären Sie, was das Verhältnis von Wasserstoff zu Helium im Universum mit der Zahl der Leptonen-Generationen zu tun hat.
• Was bedeutet 'offenes' btw. 'geschlossenes' Universum und welche Bedingungen gelten in dem jeweiligen Fall für die Anteile der unterschiedlichen Arten von Energie an der gesamt-Energiedichte des Universums? Wie kann man die Geometrie des Universums experimentell bestimmen?

Während der Prüfung sind keine Hilfsmittel erlaubt.

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.