Nebenfach Physik Master / ℏe⁻U(1)ₗthread Kern- und Teilchenphysik
Dieser Thread ist an meinem Quantenmechanik-Thread aus dem letzten Semester orientiert.
Für Informatiker an der FAU gibt es normalerweise ein starres Nebenfach Physik. Das besteht aus Experimentalphysik für NF 1 + 2 sowie einem Praktikum. Wer dieses Nebenfach schon im Bachelor abgeschlossen hat kann aber im Master relativ frei in den Physik-Modulen wählen. Dabei lohnt es sich immer mit dem Götz und Fauster vorher zu klären ob sich ein Fach auch als Nebenfach anrechnen lässt.
Noch bevor ich mit dem Programmieren angefangen habe hat mich Teilchenphysik fasziniert. Da war es keine schwierige Entscheidung in diesem Semester das Modul Kern- und Teilchenphysik (auch “Experimentalphysik 5” oder “EP5” genannt) zu hören. EP5 wird normalerweise im 5. Semester des Physik-Bachelors belegt. “Experimentalphysik” heißt nicht dass es sich um ein Praktikum oder ähnliches handelt–diese Veranstaltung besteht ausschließlich aus Vorlesungen und Tafelübungen.
Vorkenntnisse
Meine Hypothese ist dass man EP5 im Prinzip mit Oberstufenmathe und ohne Physikvorkenntnisse bestehen kann. Das liegt an der Struktur der Lehrveranstaltung die ich später noch genauer beschreiben werde. Die hier aufgeführten Vorkenntnisse sind eher als “nice to have” zu Verstehen–sie helfen dabei ruckelfrei durch EP5 zu kommen.
Erstmal braucht man ein Minimum an Mathematik. Komplexe Zahlen und e-Funktionen sollte man mal gesehen haben. Info-Mathe reicht hier allemal aus. Mit den Kenntnissen aus TP3 ist man schon fast unterfordert.
Physikgrundlagen sind hier etwas mehr gefragt als in TP3. Es ist sehr hilfreich zu Wissen was ein Elektronenvolt ist und wie man ihn in Joule umrechnet.
- Quantenmechanik hilft für’s Verständnis! Es ist durchaus sinnvoll einen Ket-Vektor am Aussehen zu erkennen können wenn man verstehen will was jetzt z.B. die CKM-Matrix wirklich bedeutet. Auch sind viele Effekte der Teilchenphysik natürlich quantenmechanischer Natur.
- Ach die Elektrodynamik mal wieder… Es hilft zu Wissen dass positive und negative Ladungen sich anziehen, sonst ist selten was gefragt. Es gibt Experimente bei denen Elektrodynamik eine wichtige Rolle spielt, und manchmal soll man die durchrechnen (z.B. in der Klausur ein Massenspektrometer), aber man kann diese Themen auch gut ignorieren.
- Spezielle Relativitätstheorie ist sehr wichtig. Teilchenphysik arbeitet mit sehr hohen Energien bei denen relativistische Effekte der dominante Bestandteil sind. Ich kann mich auch nicht dran erinnern dass das in EP1/2 für Nebenfächler vorkam. Allerdings ist ein bisschen Lorenztransformation wirklich nicht so schwer zu Lernen. Das kann man on the fly schaffen.
Ich sollte vielleicht dazusagen dass ich schon gewisse Vorkenntnisse auf dem Gebiet hatte. Das Wort “Quark” war mir nicht ganz neu. Wegen dieser Vorkenntnisse kann es sein dass ich es einfacher hatte in das Thema einzutauchen als es vielleicht jemand ohne jegliche Physikerfahrung hätte.
Organisation
EP5 wurde dieses Semester von Uli Katz gehalten. Wie auch Schmidt in TP3 letztes Semester ist Katz einer der besten Professoren bei denen ich je Veranstaltungen gehört habe. Ich kann da nur den Text von TP3 wiederholen: Katz kennt sich aus, ist freundlich, antwortet auf Fragen ausführlich (Zwischenfragen werden reingerufen), und kann super erklären. Wenn er doch mal eine Frage nicht sofort beantworten kann kümmert er sich bis zur nächsten Vorlesung darum.
Anders als bei TP3 ist es bei EP5 durchaus möglich auch mit Versäumnis einiger Termine zu bestehen. Dazu gleich mehr. Vorlesungen sind zwei Doppelstunden pro Woche, manchmal ein Termin davon frei. Katz hält 90 Minuten + 15 Minuten Pause irgendwo in der Mitte.
Meine Übung war beim Tutor mit den Initialen PH. Die Tutoren sind alle Mitarbeiter des Lehrstuhls und haben das passende Hintergrundwissen. Unser Tutor hat aber nicht wie unser TP3-Tutor alles vorher durchgerechnet, sodass wir manchmal dann doch mit schrägem Blick vor der Musterlösung saßen.
Meine Übung besuchten etwa 5 Studenten. Ich habe gehört dass andere Übungen besser besucht waren, aber kleine Übungen sind allgemein von Vorteil.
Es gibt eigentlich nur Hausaufgaben. Einige wenige der Aufgaben sind als “Zur Besprechung in der Übung” gekennzeichnet, aber das sind dann eher qualitative Aufgaben die eine Diskussion beinhalten. Die Hausaufgaben sollt ihr zu Hause machen, aber die Physiker in meiner Übung haben eigentlich nie die Aufgaben gemacht. Im Zweifel wurden die dann live in Gruppenarbeit an der Tafel gerechnet–anders als bei TP3 ist das in EP5 meist möglich.
Die Aufgaben in EP5 sind mal wieder von variabler Qualität, aber tendenziell extrem einfach. Die meisten Übungsblätter konnte ich in etwa einer Stunde vollständig bearbeiten. Die Aufgaben sind fast alles Verständnisfragen–“ist diese Interaktion möglich, und warum (nicht)?”–und die Rechenaufgaben sind nicht gerade hohe Mathematik. Da muss man teilweise nur Subtraktion können.
Und jetzt zum Clou der Organisation: Vorgestellte Hausaufgaben geben Bonuspunkte, und man kann mit diesen Bonuspunkten die Klausur bestehen. Pro vorgestellter Aufgabe gibt es einen Notenbonus von 0.3/0.4, bis maximal 0.6/0.7. Das heißt dass man selbst mit einer faktischen 4.7 noch die Klausur bestehen kann wenn man zweimal vorgestellt hat. Da manche der Aufgaben extrem einfach sind ist es so eigentlich für jeden möglich die Klausur zumindest zu Bestehen. Hier hilft eine kleine Übung damit man freiere Wahl bei dem Vorstellen der Aufgaben hat. Pro Blatt gibt es 3 Aufgaben, sodass in meiner kleinen Übung mit 5 Personen schon nach wenigen Wochen die Meisten den Bonus hatten.
Zur Klausur waren ein beidseitig beschriebenes DIN-A4-Blatt und der Taschenrechner erlaubt. Zwar wurde angekündigt dass nötige Formeln und Größen angegeben sind aber ich fand diese Angaben etwas dürftig. Einige Beispiele an Informationen die mir fehlten:
- Qualitätsfaktoren von unterschiedlichen Strahlungsarten waren nicht angegeben, aber für die Rechnung nötig.
- Formeln der Elektrodynamik fehlten, ich konnte die eine “Teilchen-im-Magnetfeld”-Aufgabe nicht lösen weil ich die Lorentzkraft nicht berechnen konnte. Das ist vermutlich für die Physiker die alle ein Semester TP-2 hatten kein Problem.
- Lorentzfaktor aus Energie fehlte, aber das konnte ich mir herleiten.
- Man sollte qualitativ begründen warum Bindungsenergie pro Nukleon mit höherer Ordnungszahl abnimmt. Dazu ist die Weizsäcker-Formel hilfreich, die ich mir zum Glück aufgeschrieben hatte.
- Außerdem sollte man die ungefähre Energieskala der Bindungsenergie pro Nukleon angeben. Das kann man entweder wissen, oder Raten aus der Fakt dass Elektronenschalenenergie auf der keV-Skala sind und Bindungsenergien deutlich höher aber immernoch nicht GeV, oder man kann das daraus erkennen dass die angegebene atomare Masseneinheit einige MeV niedriger als die Nukleonenmasse ist.
Schluss
Anders als TP3 sind EP5 durchaus “einfache ECTS”. Die 7.5 ECTS die EP5 bringt hatten für mich einen ähnlichen Arbeitsaufwand wie die leichteren Informatik-Vertiefungsvorlesungen (etwa UE1 oder VS).
Ich habe die Klausur mit 1.7 (einschließlich Notenbonus 0.6) bestanden. Auch dieses Semester gibt’s wieder einen Heulthread für den einzigen Informatiker in EP5 