Kern- und Teilchenphysik in Medizin und Forschung (PWNV-2)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Nuclear and particle physics in medicine and research)
(Prüfungsordnungsmodul: Kern- und Teilchenphysik in Medizin und Forschung)

Lehrveranstaltungen:

• • Teilchenphysik in Medizin und Forschung
    (Vorlesung, 2 SWS, Robert Lahmann, Di, 10:00 - 12:00; Erster Termin: 13.4.2021 10:00)
  • Übungen zur Teilchenphysik in Medizin und Forschung
    (Übung, Robert Lahmann, Ort und Zeit der Übung wird am Anfang des Semesters festgelegt)

Inhalt:

Die Vorlesung beginnt mit einer Einführung bzw. Wiederholung der Elementarteilchen und der fundamentalen Kräfte, insbesondere den Theorien der Quantenelektrodynamik (QED), der für den Beta-Zerfall verantwortlichen schwachen Wechselwirkung und der Quantenchromodynamik (QCD). Letztere ist die Standardtheorie der starken Wechselwirkung, die für den Zusammenhalt des Atomkerns in Abwesenheit elektrischer Anziehungskräfte verantwortlich ist. Die drei Theorien zusammen bilden das sogenannte Standardmodell der Teilchenphysik.

Anschließend wird das Gebiet der Beschleunigerphysik diskutiert, welches dem Nachweis von Elementarteilchen und der Untersuchung teilchenphysikalischer Prozesse gewidmet ist. Die historische Entwicklung von der Erfindung des Zyklotrons durch Ernest Lawrence bis zum Large Hadron Collider (LHC) der europäischen Kernforschungsorganisation CERN wird nachgezeichnet.

Schließlich werden zwei Anwendungen der Kern- und Teilchenphysik vorgestellt. Zum einen werden in der Astroteilchenphysik fundamentale teilchenphysikalische Prozesse zum Verständnis von Phänomenen wie der Kosmischen Strahlung oder der Entstehung von Neutrinos in Supernovae verwendet. Zum anderen wird als irdische Anwendung die Medizintechnik diskutiert, wo die Kern- und Teilchenphysik. durch ionisierende Strahlung, Bildgebungsverfahren und spezielle Beschleuniger in Diagnostik und Behandlung Einzug gefunden hat.

Lernziele und Kompetenzen:

• Grundlegendes Verständnis des Standardmodells der Teilchenphysik, insbesondere der Gemeinsamkeiten und Unterschiede der QED, QCD und Theorie der schwachen Wechselwirkung und von erlaubten bzw. verbotenen Prozessen
• Fähigkeit, einfache Feynman-Diagramme zu interpretieren
• Fähigkeit, relativistische Rechnungen zur Zeitdilatation und Energie-Impuls-Beziehung durchzuführen
• Grundlegendes Verständnis der Funktionsweise von Teilchenbeschleunigern und Teilchendetektoren, insbesondere die Unterschiede zwischen Spurenkammern, elektromagnetischen und hadronischen Kalorimetern
• Fähigkeit, fundamentale Prozesse der Teilchenphysik auf verwandten Gebieten, wie denen der Astroteilchenphysik und Medizinphysik, zu übertragen

Literatur:

• Skript zur Vorlesung „Physik der Materie“
• Bogdan Povh, Klaus Rith, Christoph Scholz, Frank Zetsche, Werner Rodejohann: Teilchen und Kerne (als PDF über FAU-server erhältlich)
• Wolfgang Demtröder: Experimentalphysik /4: Kern-, Teilchen- und Astrophysik (als PDF über FAU-server erhältlich)
• https://www.teilchenwelt.de , insbesondere das Unterrichtsmaterial zur Astro-/Teilchenphysik

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. 128#74#H
   (Po-Vers. 2013 | NatFak | Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Mittelschulen) | Module Fachwissenschaft Physik | Wahlfach 1 | Kern- und Teilchenphysik in Medizin und Forschung)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Kern- und Teilchenphysik in Medizin und Forschung (Prüfungsnummer: 65211)

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet, 5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Prüfungssprache: Deutsch

Erstablegung: SS 2021, 1. Wdh.: SS 2021 (nur für Wiederholer)

1. Prüfer:

Robert Lahmann