Digitale Lehre
Die Vorlesung ist als hybride Veranstaltung geplant, d.h. es soll eine Vorlesung in Präsenz angeboten werden. Digitale Inhalte werden zusätzlich angeboten, so dass diejenigen, die nicht in Präsenz teilnehmen können, trotzdem die Möglichkeit haben teilzunehmen.
Lehrinhalte
Welchen Radius hat ein Proton? Sind die magischen Zahlen universell oder gelten sie nur nahe an der Stabilität? Funktioniert die Quantenelektrodynamik (QED) auch noch in extrem starken elektromagnetischen Feldern? Welche Eigenschaften hat Antiwasserstoff? Warum gibt es mehr Materie als Antimaterie im Universum? Dies sind einige der hochaktuellen Fragen, auf die auch laserspektroskopische Experimente Antworten suchen. Bei der Suche nach Physik jenseits des Standardmodells (SM) setzt man dabei auf hohe Präzision statt auf immer höhere Energien. Wie Forensiker am Tatort nach Spuren des Verbrechens, fahndet die Laserspektroskopie durch immer genauere Messungen nach winzigen Hinweisen auf das Vorhandensein neuer Teilchen oder Kräfte, die im SM nicht existieren. Darüber hinaus ist sie zur Bestimmung von Größe und Form kurzlebiger Atomkerne und als Werkzeug zur Präparation von Atomen und Ionen bei vielen Experimenten nicht mehr wegzudenken. Wenn Sie mehr über das Wie und Warum wissen wollen, sind Sie in dieser Vorlesung genau richtig.
Neben den laserspektroskopischen Methoden die dabei zum Einsatz kommen, lernen Sie auch die Techniken zur Erzeugung und Präparation des oft exotischen Untersuchungsgegenstandes kennen. Als exotisch bezeichnen wir dabei einerseits Systeme mit kurzlebigen Komponenten, beispielsweise Myonen, Pionen oder radioaktive Kerne und andererseits stabile Systeme, die aber unter gewöhnlichen Bedingungen nicht existieren, beispielsweise Antiwasserstoff oder hochgeladene Ionen wie Bi[sup]82 [/sup]. In vielen Fällen ist es notwendig diese Systeme nach Ihrer Erzeugung zu speichern, um ausreichend Zeit für ihre Untersuchung zu haben Speicher- und Kühlmethoden sind daher ebenfalls ein wichtiges Thema der Vorlesung.
Wir werden uns [b]Originalpublikationen [/b]vornehmen, zu denen Sie im Vorfeld fragen formulieren können, auf die wir dann in der Vorlesung näher eingehen werden. Dadurch können Sie selbst auch die Schwerpunktsetzung bei der Vorlesung etwas beeinflussen. In den Übungen werden wir uns dann Aufgaben zu diesen oder ähnlichen Publikationen (also "aus der Praxis") ansehen.
[b]Laborbesichtigungen [/b]an der TU und der GSI rundeten üblicherweise die Veranstaltung ab. Ob dies im WS2020/21 möglich sein wird, hängt vom Pandemieverlauf und den Hygienebestimmungen in den jeweiligen Instituten ab.
[u]Aus dem Inhalt[/u]:
1. SPEKTROSKOPIE WASSERSTOFFÄHNLICHER SYSTEME
1.1 Einleitung
1.2 Spektroskopie an Wasserstoff: Protonenradius und Rydbergkonstante
1.3 Das Rätsel des Protonenradius: Spektroskopie an myonischem Wasserstoff
1.4 Positronium
1.5 Muonium
1.6 Antiwasserstoff und das CPT Theorem
1.7 Antiprotonisches Helium und die Elektronenmasse
2. SPEKTROSKOPIE HOCHGELADENER IONEN
2.1 Motivation
2.2 Wichtige Aspekte der Physik hochgeladener Ionen
2.3 Elektronenstoßionisation und Ladungsaustausch
2.4 Übergangswellenlängen und Photonenenergien
2.5 Spektroskopie hochgeladener Ionen in Speicherringen
2.6 Electron Beam Ion Traps (EBIT)
2.7 Spektroskopie in Penningfallen
2.8 Präzisionspektroskopie hochgeladener Ionen in Paulfallen
3. SPEKTROSKOPIE RADIOAKTIVER ISOTOPE
3.1 Einleitung
3.2 Erzeugung radioaktiver Isotope
3.3 Signaturen der Kernstruktur im optischen Spektrum
3.4 Resonanz-Ionisations-Spektroskopie
3.5 Kollineare Laserspektroskopie
3.6 Spektroskopie kurzlebiger Isotope in Atomfallen
4. TESTS FUNDAMENTALER SYMMETRIEN
4.1 Schwache Wechselwirkung: Paritätsverletzung in Atomen
4.2 Suche nach CP-Verletzung: Das permanente elektrische Dipolmoment (EDM)
4.3 Prinzip und Resultate der Messung permanenter elektrischer Dipolmomente
4.4 Ein Test der Zeitdilatation der Speziellen Relativitätstheorie
Literatur
Ein umfassendes Lehrbuch zu diesem Themenkomplex existiert noch nicht. Ein Skript zur Vorlesung wird zur Verfügung gestellt. Zum Teil werden wir Originalliteratur aus der physikalischen Forschung und entsprechende Übersichtsartikel verwenden, die während des Semesters in elektronischer und/oder schriftlicher Form zur Verfügung gestellt werden.
Zum Nachlesen vieler Aspekte der Laserspektroskopie die im ersten Teil der Vorlesung behandelt werden ist z.B. das Buch von Demtröder "Laserspektroskopie" (Band 1 & 2) geeignet.
Zum Nachlesen der Grundlagen der Atomphysik, z.B. : Demtröder Experimentalphysik Band 3
Konkrete Hinweise und Materialien werden in der Vorlesung und über den zugehörigen moodle-Kurs gegeben.
Voraussetzungen
Die Teilnehmer sollten Grundkenntnisse der Atom- und Kernphysik besitzen, wie sie in den entsprechenden Bachelorveranstaltungen vermittelt werden.
Weitere Informationen
Verwendbarkeit:
MSc Physik: Mögliche [b]Spezialvorlesung [/b]in den Studienschwerpunkten "K: Kernphysik und nukleare Astrophysik" oder "O:Moderne Optik" oder "H: Materie bei hoher Energiedichte" oder "F: Physik der Kondensierten Materie" oder "B: Physik und Technik von Beschleunigern".
oder als [b]Physikalisches Wahlfach[/b] für Studierende, die nicht Studienschwerpunkt "B: Physik und Technik von Beschleunigern" gewählt haben.
Offizielle Kursbeschreibung
Die Vorlesung vermittelt die Grundlagen moderner laserspektroskopischer Experimente mit exotischen Systemen die häufig an Beschleunigeranlagen durchgeführt werden. Hier werden Laser u.a. zur Erzeugung radioaktiver Ionenstrahlen, zur Strahlmanipulation und -präparation und zur Präzisionsspektroskopie eingesetzt. Letztere kann dabei zur Bestimmung von Kerneigenschaften oder auch zum Test fundamentaler Symmetrien und Wechselwirkungen verwendet werden. In diesem Sinne sind viele dieser Experimente an den Schnittstellen von Atom-, Kern- und Teilchenphysik angesiedelt.
Zu den verschiedenen Teilaspekten des Lasereinsatzes werden die notwendigen Grundlagen behandelt und neuere Experimente anhand der Originalliteratur besprochen. Dies geschieht in einem Wechselspiel der Besprechung theoretischer Grundlagen und experimenteller Techniken. Auch den physikalischen Motivationen hinter den besprochenen Experimenten wird ausreichend Raum gewidmet.
Zusätzliche Informationen
Die Veranstaltung findet in englischer Sprache statt.
Bemerkung Webportal
In diesem Gebiet werden experimentelle Bachelor- und Masterarbeiten angeboten.
Online-Angebote
moodle
Bearbeitet von:
Im Rahmen der Vorlesungen wird eine Exkursion an die GSI und evtl. eine an den TRIGA Reaktor der Universität Mainz angeboten, um dort entsprechende Experimente zu besichtigen.
Die Vorlesung ist als hybride Veranstaltung geplant, d.h. es soll eine Vorlesung in Präsenz angeboten werden. Digitale Inhalte werden zusätzlich angeboten, so dass diejenigen, die nicht in Präsenz teilnehmen können, trotzdem die Möglichkeit haben teilzunehmen.
Lehrinhalte
Welchen Radius hat ein Proton? Sind die magischen Zahlen universell oder gelten sie nur nahe an der Stabilität? Funktioniert die Quantenelektrodynamik (QED) auch noch in extrem starken elektromagnetischen Feldern? Welche Eigenschaften hat Antiwasserstoff? Warum gibt es mehr Materie als Antimaterie im Universum? Dies sind einige der hochaktuellen Fragen, auf die auch laserspektroskopische Experimente Antworten suchen. Bei der Suche nach Physik jenseits des Standardmodells (SM) setzt man dabei auf hohe Präzision statt auf immer höhere Energien. Wie Forensiker am Tatort nach Spuren des Verbrechens, fahndet die Laserspektroskopie durch immer genauere Messungen nach winzigen Hinweisen auf das Vorhandensein neuer Teilchen oder Kräfte, die im SM nicht existieren. Darüber hinaus ist sie zur Bestimmung von Größe und Form kurzlebiger Atomkerne und als Werkzeug zur Präparation von Atomen und Ionen bei vielen Experimenten nicht mehr wegzudenken. Wenn Sie mehr über das Wie und Warum wissen wollen, sind Sie in dieser Vorlesung genau richtig.
Neben den laserspektroskopischen Methoden die dabei zum Einsatz kommen, lernen Sie auch die Techniken zur Erzeugung und Präparation des oft exotischen Untersuchungsgegenstandes kennen. Als exotisch bezeichnen wir dabei einerseits Systeme mit kurzlebigen Komponenten, beispielsweise Myonen, Pionen oder radioaktive Kerne und andererseits stabile Systeme, die aber unter gewöhnlichen Bedingungen nicht existieren, beispielsweise Antiwasserstoff oder hochgeladene Ionen wie Bi[sup]82 [/sup]. In vielen Fällen ist es notwendig diese Systeme nach Ihrer Erzeugung zu speichern, um ausreichend Zeit für ihre Untersuchung zu haben Speicher- und Kühlmethoden sind daher ebenfalls ein wichtiges Thema der Vorlesung.
Wir werden uns [b]Originalpublikationen [/b]vornehmen, zu denen Sie im Vorfeld fragen formulieren können, auf die wir dann in der Vorlesung näher eingehen werden. Dadurch können Sie selbst auch die Schwerpunktsetzung bei der Vorlesung etwas beeinflussen. In den Übungen werden wir uns dann Aufgaben zu diesen oder ähnlichen Publikationen (also "aus der Praxis") ansehen.
[b]Laborbesichtigungen [/b]an der TU und der GSI rundeten üblicherweise die Veranstaltung ab. Ob dies im WS2020/21 möglich sein wird, hängt vom Pandemieverlauf und den Hygienebestimmungen in den jeweiligen Instituten ab.
[u]Aus dem Inhalt[/u]:
1. SPEKTROSKOPIE WASSERSTOFFÄHNLICHER SYSTEME
1.1 Einleitung
1.2 Spektroskopie an Wasserstoff: Protonenradius und Rydbergkonstante
1.3 Das Rätsel des Protonenradius: Spektroskopie an myonischem Wasserstoff
1.4 Positronium
1.5 Muonium
1.6 Antiwasserstoff und das CPT Theorem
1.7 Antiprotonisches Helium und die Elektronenmasse
2. SPEKTROSKOPIE HOCHGELADENER IONEN
2.1 Motivation
2.2 Wichtige Aspekte der Physik hochgeladener Ionen
2.3 Elektronenstoßionisation und Ladungsaustausch
2.4 Übergangswellenlängen und Photonenenergien
2.5 Spektroskopie hochgeladener Ionen in Speicherringen
2.6 Electron Beam Ion Traps (EBIT)
2.7 Spektroskopie in Penningfallen
2.8 Präzisionspektroskopie hochgeladener Ionen in Paulfallen
3. SPEKTROSKOPIE RADIOAKTIVER ISOTOPE
3.1 Einleitung
3.2 Erzeugung radioaktiver Isotope
3.3 Signaturen der Kernstruktur im optischen Spektrum
3.4 Resonanz-Ionisations-Spektroskopie
3.5 Kollineare Laserspektroskopie
3.6 Spektroskopie kurzlebiger Isotope in Atomfallen
4. TESTS FUNDAMENTALER SYMMETRIEN
4.1 Schwache Wechselwirkung: Paritätsverletzung in Atomen
4.2 Suche nach CP-Verletzung: Das permanente elektrische Dipolmoment (EDM)
4.3 Prinzip und Resultate der Messung permanenter elektrischer Dipolmomente
4.4 Ein Test der Zeitdilatation der Speziellen Relativitätstheorie
Literatur
Ein umfassendes Lehrbuch zu diesem Themenkomplex existiert noch nicht. Ein Skript zur Vorlesung wird zur Verfügung gestellt. Zum Teil werden wir Originalliteratur aus der physikalischen Forschung und entsprechende Übersichtsartikel verwenden, die während des Semesters in elektronischer und/oder schriftlicher Form zur Verfügung gestellt werden.
Zum Nachlesen vieler Aspekte der Laserspektroskopie die im ersten Teil der Vorlesung behandelt werden ist z.B. das Buch von Demtröder "Laserspektroskopie" (Band 1 & 2) geeignet.
Zum Nachlesen der Grundlagen der Atomphysik, z.B. : Demtröder Experimentalphysik Band 3
Konkrete Hinweise und Materialien werden in der Vorlesung und über den zugehörigen moodle-Kurs gegeben.
Voraussetzungen
Die Teilnehmer sollten Grundkenntnisse der Atom- und Kernphysik besitzen, wie sie in den entsprechenden Bachelorveranstaltungen vermittelt werden.
Weitere Informationen
Verwendbarkeit:
MSc Physik: Mögliche [b]Spezialvorlesung [/b]in den Studienschwerpunkten "K: Kernphysik und nukleare Astrophysik" oder "O:Moderne Optik" oder "H: Materie bei hoher Energiedichte" oder "F: Physik der Kondensierten Materie" oder "B: Physik und Technik von Beschleunigern".
oder als [b]Physikalisches Wahlfach[/b] für Studierende, die nicht Studienschwerpunkt "B: Physik und Technik von Beschleunigern" gewählt haben.
Offizielle Kursbeschreibung
Die Vorlesung vermittelt die Grundlagen moderner laserspektroskopischer Experimente mit exotischen Systemen die häufig an Beschleunigeranlagen durchgeführt werden. Hier werden Laser u.a. zur Erzeugung radioaktiver Ionenstrahlen, zur Strahlmanipulation und -präparation und zur Präzisionsspektroskopie eingesetzt. Letztere kann dabei zur Bestimmung von Kerneigenschaften oder auch zum Test fundamentaler Symmetrien und Wechselwirkungen verwendet werden. In diesem Sinne sind viele dieser Experimente an den Schnittstellen von Atom-, Kern- und Teilchenphysik angesiedelt.
Zu den verschiedenen Teilaspekten des Lasereinsatzes werden die notwendigen Grundlagen behandelt und neuere Experimente anhand der Originalliteratur besprochen. Dies geschieht in einem Wechselspiel der Besprechung theoretischer Grundlagen und experimenteller Techniken. Auch den physikalischen Motivationen hinter den besprochenen Experimenten wird ausreichend Raum gewidmet.
Zusätzliche Informationen
Die Veranstaltung findet in englischer Sprache statt.
Bemerkung Webportal
In diesem Gebiet werden experimentelle Bachelor- und Masterarbeiten angeboten.
Online-Angebote
moodle
Bearbeitet von:
Im Rahmen der Vorlesungen wird eine Exkursion an die GSI und evtl. eine an den TRIGA Reaktor der Universität Mainz angeboten, um dort entsprechende Experimente zu besichtigen.
- Lehrende: Wilfried Nörtershäuser
Semester: WiSe 2021/22