Module Handbook

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Notes on the module handbook of the department Physics

Die hier dargestellten Studiengang-, Modul- und Kursdaten des Fachbereichs Physik [PHY] befinden sich noch in Entwicklung und sind nicht offiziell.

Die offiziellen Modulhandbücher finden Sie unter https://www.physik.uni-kl.de/studium/modulhandbuecher/ .

Module PHY-V-2-M-7

Vertiefungsmodul Atomphysik, Quantenoptik und Photonik (M, 19.0 LP)

Module Identification

Module Number Module Name CP (Effort)
PHY-V-2-M-7 Vertiefungsmodul Atomphysik, Quantenoptik und Photonik 19.0 CP (570 h)

Basedata

CP, Effort 19.0 CP = 570 h
Position of the semester 2 Sem. from WiSe/SuSe
Level [7] Master (Advanced)
Language [DE/EN] German or English as required
Module Manager
Lecturers
Lecturers of the department Physics
Area of study [PHY-PHY] Physics
Reference course of study [PHY-88.128-SG] M.Sc. Physics
Livecycle-State [NORM] Active

Notice

Die Prüfung ist über Vorlesungen im Umfang von mindestens 8 SWS aus folgendem Lehrveranstaltungsangebot abzulegen.

Die Lehrveranstaltungen finden teilweise in unregelmäßigem Turnus statt. Eine aktuelle Übersicht zum Lehrveranstaltungsangebot findet sich im Campus-Management-System der TU Kaiserslautern (https://www.kis.uni-kl.de).

Courses

Type/SWS Course Number Title Choice in
Module-Part
Choice in
Course-Pool
Presence-Time /
Self-Study
SL SL is
required for exa.
PL CP Sem.
4V PHY-PFEP-052-K-7
Moderne Atom- und Quantenphysik
WP 56 h 184 h - - PL1 8.0 WiSe
4V PHY-WPFTP-036-K-7
Advanced Quantum Mechanics I+II
WP 56 h 184 h - - PL1 8.0 irreg.
4V PHY-WPFTP-175-K-7
Quantum Field Theory I+II
WP 56 h 184 h - - PL1 8.0 irreg.
4V PHY-WPFEP-261-K-7
Quantum Optics I+II
WP 56 h 184 h - - PL1 8.0 irreg.
4V PHY-PFTECHP-219-K-7
Klassische Optik I+II
WP 56 h 184 h - - PL1 8.0 irreg.
2V PHY-WPFEP-203-K-7
Laser physics
WP 28 h 92 h - - PL1 4.0 SuSe
2V PHY-WPFEP-268-K-7
Non-linear optics
WP 28 h 92 h - - PL1 4.0 irreg.
KPOOL PHY-V2-KPOOL-7
Leistungsnachweise zu Modul V-2 / SP-2
P WP-1
SL1
ja PL1 [3.0] *
  • About [PHY-PFEP-052-K-7]: Title: "Moderne Atom- und Quantenphysik"; Presence-Time: 56 h; Self-Study: 184 h
  • About [PHY-WPFTP-036-K-7]: Title: "Advanced Quantum Mechanics I+II"; Presence-Time: 56 h; Self-Study: 184 h
  • About [PHY-WPFTP-175-K-7]: Title: "Quantum Field Theory I+II"; Presence-Time: 56 h; Self-Study: 184 h
  • About [PHY-WPFEP-261-K-7]: Title: "Quantum Optics I+II"; Presence-Time: 56 h; Self-Study: 184 h
  • About [PHY-PFTECHP-219-K-7]: Title: "Klassische Optik I+II"; Presence-Time: 56 h; Self-Study: 184 h
  • About [PHY-WPFEP-203-K-7]: Title: "Laser physics"; Presence-Time: 28 h; Self-Study: 92 h
  • About [PHY-WPFEP-268-K-7]: Title: "Non-linear optics"; Presence-Time: 28 h; Self-Study: 92 h
  • About [PHY-V2-KPOOL-7]: Title: "Leistungsnachweise zu Modul V-2 / SP-2";
  • About [PHY-V2-KPOOL-7]: A course from the course pool must be selected.
  • About [PHY-V2-KPOOL-7]: The study achievement must be obtained. It is a prerequisite for the examination for PL1 .

Study achievement SL1

  • Verification of study performance: continuous and active participation in the courses
  • Study achievement is a prerequisite for the examination.
    Wahlweise ein Übungsschein (in der Regel durch aktive Teilnahme an den Übungen und erfolgreiches Bearbeiten von Hausaufgaben, die Veranstaltungsleiterin bzw. der Veranstaltungsleiter gibt die Kriterien für den Erwerb des Übungsscheins spätestens zu Beginn der jeweiligen Lehrveranstaltung bekannt) oder ein Nachweis zur erfolgreichen Teilnahme an einem Praktikum aus [PHY-V2-KPOOL-7] Leistungsnachweise zu Modul V-2 / SP-2

Examination achievement PL1

  • Form of examination: oral examination (45-60 Min.)
  • Examination Frequency: irregular (by arrangement)
  • Examination number: 55002 ("Vertiefungsmodul Atomphysik, Quantenoptik und Photonik")

Evaluation of grades

The grade of the module examination is also the module grade.

Die Aufteilung der Modulprüfung in Modulteilprüfungen kann in begründeten Ausnahmefällen von der oder dem Vorsitzenden des Prüfungsausschusses genehmigt werden. Alle Modulteilprüfungen müssen bestanden sein. Die Modulnote ergibt sich aus dem nach der LP-Anzahl der jeweils geprüften Vorlesungen gewichteten arithmetischen Mittel der Noten aller Modulteilprüfungen.

Contents

  • Aufbau von Ein- und Mehrelektronensystemen
  • Wechselwirkung von Atomen mit äußeren Feldern
  • Spektroskopie
  • Atom-Licht-Wechselwirkung
  • Laserkühlung
  • Atomuhren
  • Atominterferenz
  • discrete groups, including application to eigenvalue spectra
  • continuous (Lie) groups, including application to electron spin and other elementary particle properties
  • quantum mechanics of open systems
  • scattering theory
  • relativistic quantum mechanics: Klein-Gordon and Dirac equations, nonrelativistic limit
  • many-body theory of quantum liquids
  • finite temperatures
  • elementary quantum field theory: quantization of the electromagnetic field.
  • classical field theory
  • canonical field quantization
  • Noether theorem
  • Schrödinger field, Klein-Gordon field, Maxwell field, Dirac field
  • quantum electrodynamics
  • perturbation theory
  • Wick theorem, Feynman diagrams
  • scattering processes
  • renormalization
  • quantization of gauge fields
  • introduction to the standard model.
  • fundamentals of semi-classical atom-light interaction
  • laser radiation and fundamentals of photonics
  • coherent phenomena in multi-level atoms
  • quantized light fields
  • quantum states of light, their properties and their theoretical description
  • quantized atom-light interaction: Jaynes-Cummings model and dressed states
  • coherence and correlations
  • quantum correlations and entanglement
  • Bell inequalities and their violation
  • (quantum) theory of the laser
  • quantum effects in nonlinear optics
  • Elektromagnetische Feldtheorie
  • Grenzflächen
  • Polarisation
  • geometrische Optik
  • optische Instrumente
  • Interferenz und Beugung
  • Fourieroptik
  • Holographie
  • Wechselwirkung Licht und Materie
  • Linienverbreiterung
  • Resonatoren
  • Lasermoden
  • kohärentes Licht
  • Ratenmodell
  • 3- und 4-Niveau-Laser
  • aktive Materialien
  • spezielle Lasertypen
  • kurze optische Pulse
  • Darstellung der NLO z.B. nach Bloembergen
  • optische Nichtlinearitäten 2. und 3. Ordnung: Theorie und Darstellung experimenteller Ergebnisse
  • ultrakurze Lichtpulse

Competencies / intended learning achievements

Die erfolgreiche Absolvierung dieses Moduls führt zu folgenden Kenntnissen und Fertigkeiten (als Lernergebnissen) und Kompetenzen:
  • die Beherrschung der grundlegenden Konzepte, Methoden und Denkweisen in der Atomphysik, Quantenphysik sowie der Photonik
  • ein strukturiertes Fachwissen (Verfügungswissen) zu den Teilgebieten und Themen der Atomphysik, Quantenphysik sowie der Photonik, das inhaltlicher Gegenstand der oben genannten Lehrveranstaltungen dieses Vertiefungsmoduls ist (Fachkompetenz)
  • das Verständnis der fundamentalen Zusammenhänge von Atomphysik, Quantenphysik sowie der Photonik und deren Übertragung auf aktuelle Anwendungen.
  • ein Überblickswissen (Orientierungswissen) zu den aktuellen, grundlegenden Fragestellungen der Atomphysik, Quantenphysik sowie der Photonik (Fachkompetenz).
  • das Verständnis der Abweichungen von theoretischen Vorhersagen und experimentellen Ergebnissen
  • ein reflektiertes Wissen über Atomphysik, Quantenphysik sowie der Photonik (Metawissen) und wichtiger wissenschaftstheoretischer Konzepte (wie beispielsweise der Beschreibung von bosonischen und fermionischen Vielteilchensystemen) und deren wissenschaftshistorischer Entwicklung in diesem Kontext (Fach- & Methodenkompetenz)
  • das Verständnis des Beitrags der Atomphysik, Quantenphysik sowie der Photonik zur physikalischen Begriffsbildung (wie beispielsweise der Verschränkung, der bosonischen Stimulierung)
  • die Vertrautheit mit den Erkenntnismethoden der Physik, speziell bezogen auf die Atomphysik, Quantenphysik sowie der Photonik, (Reduktion, Induktion, Deduktion, Idealisierung, Modellierung, Mathematisierung, experimentelle Überprüfung) und Erfahrungen in der exemplarischen Anwendung dieser Methoden in der Atomphysik, Quantenphysik sowie der Photonik (Methodenkompetenz)
  • die Vertrautheit mit den Arbeitsmethoden der Physik, speziell bezogen auf die Atomphysik, Quantenphysik sowie der Photonik, (Beobachten, Klassifizieren, Messen, Datenerfassung & -interpretation, Aufstellen von Hypothesen & Modellen) und Erfahrungen in der exemplarischen Anwendung dieser Methoden in der Atomphysik, Quantenphysik sowie der Photonik (Methodenkompetenz)
  • die Beherrschung der wichtigsten atomphysikalischen und quantenmechanischen Arbeitsstrategien und damit auch die Vertrautheit mit den Strategien, Probleme der Atomphysik, Quantenphysik sowie der Photonik selbstständig zu identifizieren, zu strukturieren und systematisch zu lösen (Methoden- & Selbstkompetenz)

Literature

  • Bransden, Joachain: Physics of Atoms and Molecules, Longman Scientific
  • Foot: Atomic Physics, Oxford University Press
  • Mayer-Kuckuk: Atomphysik, Teubner
  • Haken, Wolf: Atom- und Quantenphysik, Springer
  • Sakurai: Advanced Quantum Mechanics, Addison-Wesley.
  • Dyson: Advanced Quantum Mechanics, World Scientific Publishing
  • Schwabl: Quantenmechanik für Fortgeschrittene, Springer
  • Münster: Quantentheorie, de Gruyter
  • Gottfried, Yan: Quantum Mechanics: Fundamentals, Springer
  • Landau, Lifschitz: Course of Theoretical Physics Vol. 3, Quantum Mechanics: Non-Relativistic Theory, Pergamon Press
  • Landau, Lifschitz: Course of Theoretical Physics Vol. 4, Relativistic Quantum Theory, Butterworth-Heinemann
  • Peskin, Schroeder: An Introduction to Quantum Field Theory, Westview Press
  • Dyson: Advanced Quantum Mechanics, World Scientific Publishing
  • Gross: Relativistic Quantum Mechanics and Field Theory, Wiley
  • Mandl, Shaw: Quantum Field Theory, Wiley
  • Dyson: Quantenfeldtheorie, Springer
  • Greiner: Relativistic Quantum Mechanics - Wave Equations, Springer
  • Greiner, Reinhardt: Quantum Electrodynamics, Springer
  • Greiner, Reinhardt: Field Quantization, Springer
  • Schweber: QED and the men who made it - Feynman, Schwinger, and Tomonaga, Princeton University Press
  • Veltman: Diagrammatica - The Path to Feynman Diagrams, Cambridge University Press
  • Lancaster, Blundell: Quantum Field Theory for the Gifted Amateur, Oxford University Press
  • Gerry, Knight: Introductory Quantum Optics, Cambridge University Press
  • Scully, Zubairy: Quantum Optics, Cambridge University Press
  • Loudon: The Quantum Theory of Light, Oxford University Press
  • Cohen-Tannoudji, Dupont-Roc, Grynberg: Atom Photon Interactions, Wiley
  • Grynberg, Aspect, Fabre, Cohen-Tannoudji: Introduction to Quantum Optics: From the semiclassical approach to Quantized Light, Cambridge University Press
References will be announced in the course or on the website of the course.
References will be announced in the course or on the website of the course.
References will be announced in the course or on the website of the course.

Materials

depending on choice, see respective course description

Registration

depending on choice, see respective course description

Requirements for attendance (informal)

depending on choice, see respective course description

Requirements for attendance (formal)

None

References to Module / Module Number [PHY-V-2-M-7]

Module-Pool Name
[PHY-V-MPOOL-7] Vertiefungsmodul