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Höhere Atomphysik

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#20758 / #3

Seit SoSe 2025

Deutsch

Höhere Atomphysik

3

Dopfer, Otto

Benotet

Mündliche Prüfung

Deutsch

Zugehörigkeit


Fakultät II

Institut für Physik und Astronomie

Fachgruppe Nanoanalytik

Physik

Kontakt


EW 3-1

Keine Angabe

trinter@fhi-berlin.mpg.de

https://www.fhi.mpg.de/1400477/Trinter

Lernergebnisse

Atomphysikalische Experimente und Erkenntnisse bilden nach wie vor eine bedeutende Grundlage für zukunftsweisende Technologien. Als Beispiele sind insbesondere zu nennen: die Entwicklung der Präzisionsspektroskopie an (ultra-)kalten Atomgasen bzw. einzelnen Atomen und Ionen, die unter anderem zu immer genaueren Zeitstandards und höchstauflösenden Spektroskopiemethoden führt; die Entwicklung der zeitaufgelösten Spektroskopie mit neuartigen intensiven Laserpulsen kurzer Dauer sowie Freie-Elektronen-Laser zur Erforschung elementarer atomarer Prozesse auf einer atomaren Zeitskala; die experimentelle Erzeugung verschränkter atomarer Zustände in z.B. Ionenfallen bzw. kalten Rydberg-Gasen mit langreichweitigen Vielteilchenwechselwirkungen als Grundlage für Quantenrechner bzw. Simulatoren. Vor diesem Hintergrund erlernen die Studierenden in Vorlesungen mit Übungen theoretische und experimentelle atomphysikalische Grundlagen, die es ihnen erlauben, neue Experimente und technische Entwicklungen in diesem Bereich zu verstehen und einzuordnen. Die Studierenden lernen gängige experimentelle atomphysikalische Techniken [(Überschall-)Atomstrahlerzeugung, Vakuumphysik, Speicherung geladener und neutraler Teilchen, modernste laser- und elektronen-/ionenspektroskopische Nachweistechniken (Frequenzkamm, Reaktionsmikroskop)] kennen. Im Rahmen quantenmechanischer und semi-klassischer Modelle werden grundlegende Experimente analysiert, so dass die Studierenden sowohl ein qualitatives als auch ein quantitatives Verständnis atomphysikalischer Vorgänge entwickeln. Dieses Modul behandelt auch Aspekte der Nachhaltigkeit, gesellschaftlichen Verantwortung und Technologieabschätzung. Auf atomarer und molekularer Ebene sind physikalische Innovationen entscheidend z.B. für nachhaltige Wasserlösungen. Im Einklang mit dem UN-Nachhaltigkeitsziel SDG 6 (sauberes Wasser and Sanitärversorgung) konzentrieren sich diese Innovationen auf Wasserreinigung und Energieeffizienz. Quantencomputer simulieren Wasser auf atomarer Ebene und optimieren so Reinigungsverfahren und energieeffiziente Technologien. Diese Durchbrüche verbinden Physik, Nachhaltigkeit und gesellschaftliches Wohlergehen.

Lehrinhalte

Quantenmechanik einfacher und komplexer Atome, einfache quantenmechanische Modellsysteme, verschränkte Zustände, Störungstheorie, experimentelle Techniken (Vakuum und Atomstrahlerzeugung, Elektronen-/Ionenspektrometer, Reaktionsmikroskop), Lasertechnik, Rydberg-Atome, Atome in äußeren Feldern, Photoionisation, Fano-Theorie , Multikanal-Quantendefekttheorie, Atome in starken Laserfeldern, Röntgenspektroskopie, Freie-Elektronen-Laser, Licht-Atom Wechelselwirkung in 2- und 3-Niveausystemen, Präzisionsspektroskopie, fundamentale Experimente, Speicherung und (Laser-)Kühlung von Atomen und Ionen, Bose-Einstein-Kondensation, atomphysikalische Experimente zu Quantencomputing und -simulation.

Modulbestandteile

Pflichtbereich

Die folgenden Veranstaltungen sind für das Modul obligatorisch:

LehrveranstaltungenArtNummerTurnusSpracheSWS ISIS VVZ
Höhere AtomphysikIV3237 L 362BIVWiSede2
ISIS-Kurssuche nach Veranstaltungen des Moduls

Arbeitsaufwand und Leistungspunkte

Höhere Atomphysik (IV):

AufwandbeschreibungMultiplikatorStundenGesamt
Präsenzzeit15.02.0h30.0h
Vor-/Nachbereitung15.04.0h60.0h
90.0h(~3 LP)
Der Aufwand des Moduls summiert sich zu 90.0 Stunden. Damit umfasst das Modul 3 Leistungspunkte.

Beschreibung der Lehr- und Lernformen

Vorlesung mit Übungen, Projekten und Laborführungen

Voraussetzungen für die Teilnahme / Prüfung

Wünschenswerte Voraussetzungen für die Teilnahme an den Lehrveranstaltungen:

Experimentalphysik III (Atomphysik), Theoretische Physik II (Quantenmechanik)

Verpflichtende Voraussetzungen für die Modulprüfungsanmeldung:

Voraussetzung
Leistungsnachweis »Leistungsnachweis Höhere Atomphysik«

Abschluss des Moduls

Benotung

Benotet

Prüfungsform

Mündliche Prüfung

Sprache(n)

Deutsch, Englisch

Dauer/Umfang

30 Minuten

Dauer des Moduls

Für Belegung und Abschluss des Moduls ist folgende Semesteranzahl veranschlagt:
1 Semester.

Dieses Modul kann in folgenden Semestern begonnen werden:
Wintersemester.

Maximale teilnehmende Personen

Dieses Modul ist nicht auf eine Anzahl Studierender begrenzt.

Anmeldeformalitäten

Mündliche Modulprüfungen werden über das elektronische Anmeldesystem ggf. nach vorheriger Terminabsprache mit der Prüferin oder dem Prüfer angemeldet.

Literaturhinweise, Skripte

Skript in Papierform

Verfügbarkeit:  nicht verfügbar

 

Skript in elektronischer Form

Verfügbarkeit:  verfügbar

 

Literatur

Empfohlene Literatur
Bransden, B.H. and Joachain, C.J., Physics of Atoms and Molecules, 2nd edition, 2003, Prentice Hall, Pearson Education
Budker, D., Kimball, D.F. and DeMille, D.P., Atomic Physics, 2004, Oxford University Press
Foot, C.F., Atomic Physics (Oxford Master Series in Atomic, Optical and Laser Physics), Oxford University Press
Gallagher, T., Rydberg Atoms, 1994, Cambridge Monographs on Atomic, Molecular and Chemical Physics, Cambridge University Press
Hertel, I.V. and Schulz, C.P., Atome, Moleküle und optische Physik 1, 2. Auflage 2017, Springer Lehrbuch
Hertel, I.V. and Schulz, C.P., Atome, Moleküle und optische Physik 2, 2020, Springer Lehrbuch
Metcalf, H.J. and van der Straten, P., Laser Cooling and Trapping, 2002, Graduate Texts in Contemporary Physics, Springer
Spezial-Literatur wird in der Vorlesung bekannt gegeben.

Zugeordnete Studiengänge


Diese Modulversion wird in folgenden Studiengängen verwendet:

Studiengang / StuPOStuPOsVerwendungenErste VerwendungLetzte Verwendung
Physik (M. Sc.)12SoSe 2025WiSe 2025/26

Studierende anderer Studiengänge können dieses Modul ohne Kapazitätsprüfung belegen.

(1) Dieses Modul allein ist mit 3 ETCS Punkten als Wahlfach im Studiengang Physik wählbar. (2) Es kann zusammen mit der "Attosekundenphysik" (9 ETCS) kombiniert werden und ergibt dann das Experimentelle Wahlpflichtfach als Modul "Höhere Atom- und Molekülphysik" (gesamt 12 ETCS)

Sonstiges

Das Modul wird nach Wunsch der Studierenden in deutscher oder englischer Sprache angeboten.