Ultrakalte Quantengase 1
Ultra Cold Quantum Gases 1
Modul PH2124
Modulversion vom WS 2021/2 (aktuell)
Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.
Ob die Lehrveranstaltungen des Moduls in einem spezifischen Semester angeboten werden, finden Sie im Abschnitt Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise unten.
| verfügbare Modulversionen | |||
|---|---|---|---|
| WS 2021/2 | WS 2019/20 | WS 2017/8 | SS 2011 |
Basisdaten
PH2124 ist ein Semestermodul in Englisch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.
Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.
- Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie
- Fokussierungsrichtung Experimentelle Quantenwissenschaften & -technologien im M.Sc. Quantum Science & Technology
- Komplementärer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik
- Komplementärer Spezialfachkatalog Biophysik
- Komplementärer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.
| Gesamtaufwand | Präsenzveranstaltungen | Umfang (ECTS) |
|---|---|---|
| 150 h | 45 h | 5 CP |
Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2124 ist Stephan Dürr.
Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen
Inhalt
I. Atom-Licht Wechselwirkung
1. Zwei-Niveau-Atom
2. Dichtematrix
3. Bloch-Kugel
4. Spontane Emission
5. Ratengleichungen
6. Laser
II. Kühlung und Fallen
7. Lichtkräfte
8. Kühlung atomarer Gase mit Laserlicht
9. Magnetische Fallen
10. Verdampfungskühlung
III. BEC im idealen Gas
11. Bose-Einstein-Kondensation
Das Modul wird durch das Modul "Ultrakalte Quantengase 2" (PH2125) folgt im nächsten Semester ergänzt.
Lernergebnisse
Nach erfolgreicher Teilnahme an diesem Modul sind die Studierenden in der Lage:
- unterschiedliche Modelle zur Atom-Licht-Wechselwirkung zu verstehen und sie in verschiedenen Zusammenhängen anzuwenden
- wichtige Methoden zur Kühlung und Speicherung ultrakalter Gase auf ihre Limitierungen hin zu analysieren
- die Grundlagen der Bose-Einstein-Kondensation zu verstehen
Voraussetzungen
Grundkenntnisse in Quantenmechanik (PH0007), Atomphysik (PH0016), Elektrodynamik (PH0006) und statistischer Physik (PH0008)
Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise
Lehrveranstaltungen und Termine
| Art | SWS | Titel | Dozent(en) | Termine | Links |
|---|---|---|---|---|---|
| VO | 2 | Ultra Cold Quantum Gases 1 | Dürr, S. |
Do, 12:00–14:00, PH 2271 sowie einzelne oder verschobene Termine |
|
| UE | 1 | Exercise to Ultra Cold Quantum Gases 1 |
Leitung/Koordination: Dürr, S. |
Termine in Gruppen |
Lern- und Lehrmethoden
Das Modul besteht aus eriner Vorlesung und einer Übung. In der thematisch strukturierten Vorlesung werden die Lerninhalte präsentiert. Dabei werden auch mit Querverweisen zwischen verschiedenen Themen die Konzepte erklärt, die relevant für die in der Vorlesung behandelten wissenschaftlichen Fragestellungen sind. In wissenschaftlichen Diskussionen werden die Studierenden mit einbezogen und das eigene analytische Denkvermögen gefördert. Die Vorlesungsunterlagen enthalten ein Verzeichnis von Lehrbüchern, Übersichtartikeln und Originalarbeiten, die den Einstieg in die eigenständige Literaturrecherche erleichtern. Die Studierenden werden angeleitet die in der Vorlesung erläuterten Themen anhand dieser Literatur und durch eigene Recherche selbständig zu vertiefen.
In der Übung werden anhand von Problembeispielen die Lerninhalte vertieft, sodass die Studierenden das Gelernte selbständig anwenden und erklären können.
Medienformen
PowerPoint, Tafelarbeit, Vorlesungsskript, Übungsblätter
Literatur
- C.J. Pethick & H. Smith: Bose-Einstein condensation in dilute gases, Cambridge University Press, (2008)
- L. Pitaevskii & S. Stringari: Bose-Einstein Condensation, Clarendon Press, (2003)
- H.J. Metcalf & P. van der Straten: Laser Cooling and Trapping, Springer, (1999)
- C. Cohen-Tannoudji, J. Dupont-Roc & G. Grynberg: Atom-Photon Interactions, Wiley-VCH, (1998)
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:
- Wie entsteht das Temperaturlimit der Doppler-Kühlung?
- Wie funktioniert eine magnetooptische Falle?
- Warum sind Majorana-Spin-Flips ein Problem in magnetischen Fallen und wie kann man sie vermeiden?
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.
Hinweise zu assoziierten Modulprüfungen
Die Prüfung zu diesem Modul kann auch gemeinsam mit der Prüfung zum assoziierten Folgemodul PH2125: Ultra Cold Quantum Gases 2 / Ultrakalte Quantengase 2 nach dem Folgesemester abgelegt werden. In diesem Fall müssen Sie sich für beide Prüfungstermine erst im Folgesemester anmelden.
Wiederholbarkeit
Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten. Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester angeboten.