INTRODUCTION TO COSMOLOGY

Wintersemester 2007
Zeit: Do 11.15 - 13.00h
im Seminarraum D8H33, Gebäude D
Beginn: Donnerstag, 25. Oktober 2007

I lect.  II lect.  III lect.  IV lect.  V lect.  VI lect.  VII lect.  VIII lect.  IX lect.  X lect.  XI lect. 

Exercises to the course




NEUTRINOS IN COSMOLOGY, IN ASTRO, PARTICLE AND NUCLEAR PHYSICS
Graz, October 2007

Intro.  I lect.  II lect.  III lect.  IV lect. 




NEUTRINOS IN COSMOLOGY, IN ASTRO, IN PARTICLE AND NUCLEAR PHYSICS

Dozent: Amand Faessler
Sommersemester 2006
Zeit: Do 10.15 - 12.00h
im Seminarraum D8H33, Gebäude D
Beginn: Donnerstag, 4. Mai 2006
Contents:

I. Why does one expect new physics beyond the Standard model from neutrinos ?
- The solar neutrino puzzle
- Atmospheric neutrinos
- Neutrino oscillations at accelerators and reactors

II. Parity violation in beta decay and the helicity of the neutrinos
- Parity violation in beta decay of Co 60 and the helicity of the neutrinos
- Parity violation in pion and muon decay
- The helicity of the neutrino: the Goldhaber experiment

III. Description of neutrinos
- Notation: four-vectors, gamma-matrices, ...
- Left and right handed Dirac particles. Decoupling of the left and right handed particles for massless particles
- Number of neutrino families from cosmology and from the width of the neutral vector boson Z
- Formulation of the weak interaction: Glashow-Weinberg-Salam theory

IV. Dirac and Majorana neutrinos
- Dirac and Majorana masses
- The "Seesaw" model
- Direct measurement of the electron neutrino mass in the Triton decay
- Muon neutrino masses
- Tau neutrino masses

V. Neutrino oscillations
- n-neutrino families
- Specialisation to n = 2 and N = 3 neutrinos
- Neutrino oscillations on reactors
- Neutrino oscillations at accelerators (LSND); KARMEN; K2K; CHORUS; NOMAD
- Neutrino oscillations in matter: the Mikhev-Smirnov-Wolfenstein (MSW) effect

VI. Neutrinos in cosmology and astrophysics
- Nuclear reactions in the sun and the solar neutrinos
- Solar neutrino detectors: C1; GALLEX; SAGE; (Super-)Kamiokande; Sudburry Neutrino Observatory (SNO); BOREXINO
- Neutrinos from supernovae
- Cosmologic neutrinos

VII. Dirac and Majorana neutrinos: the double beta decay
- Two neutrino and neutrinoless double beta decay
- Grand Unified Theories (GUT's)
- Minimal Supersymmetric Model (MSSM) with R-parity violation
- Nuclear structure and the double beta decay: shell model; Quasi Particle Random Phase Approximation (QRPA); Renormalized QRPA; extraction of neutrino masses; a right handedness of the weak interaction; the strength of heavy neutrino exchange and parameters of the supersymmetric model with R-parity violation.

Literature:

1. Felix Boehm, Peter Vogl: Physics of Massive Neutrinos; Cambridge University Press, 1987.

2. B. Kayser, F. Gibrat-Debus, F. Perrier: The physics of massive neutrinos; World Scientific, 1989.

3. D.O. Caldwell: Current aspects of neutrino physics; Springer Verlag, 2001.

4. M. Schmitz: Neutrinophysik; Teubner Studienbücher.

5. Klapdor-Kleingrothaus, Zuber: Teilchenastrophysik; Teubner-Verlag Stutgart.

6. C.E. Rolfs, W.S. Rodney: Cauldrons in the cosmos (nuclear astrophysics); Chicago University Press.

7. A.V. Klapdor: Neutrinos; Springer Verlag, 1988.

8. A. Fäßler, T.S. Kosmas, G.K. Leontaris: Symmetries in intermediate and high energy physics.

9. A. Fäßler: Neutrinos in astro, particle and nuclear physics, Progress in Particle and Nuclear Physics, vol. 48, issue 1, (to be published in May 2002).

10. K. Winter: Neutrino Physics; Cambridge University Press, 2000.

11. C.W. Kim, A. Pevsner: Neutrinos in Physics and Astrophysics; Harwood Academis Publishers, Chur 1993.

12. A. Fäßler, F. Simkovic: Double Beta Decay, J. Phys. G 24 (1998) 2139.

13. W. Alberico: Neutrino Mixing; World Scientific, 2000.

14. K. Zuber: Neutrino Physics; Institute of Physics, 2004; 116,50 Euro.

15. W. Alberico: Neutrino Mixing; Festschrift in Honor of Samuel Bilenky; World Scientific, 2001.

16. F. Bortz: The Neutrino; Rosen Publishing Group, 2004; 24,90 Euro.

17. Y. Suzuki, Y. Totsuka: Neutrino Physics and Astrophysics; North Holland, 1999; 130,81 Euro.

18. G. Raffelt: The Astrophysics of Neutrinos, Axions and other Weakly Interacting Particles; University of Chicago Press, 1997; 51,50 Euro.

19. T. Takeuchi: Neutrino Oscillations and Their Origin; World Scientific, 2003.


Exercises for the course can be downloaded here:
I part,  II part,  III part,  IV part,  V part,  VI part,  VII part,  VIII part,  IX part


PowerPoint Supplement to the lecture on "Neutrinos in Cosmology, in Astro, Particle and Nuclear Physics":
a) Contents
b) An extended literature collection
c) Figures for different chapters



PHYSIK IV

Amand Fäßler und David Wharam

Universität Tübingen

 Sommersemester 2005
Mo, Mi, Do 10.15 - 12.00 Hörsaal N 7


Einführender Vortrag von A. Fäßler:


Literatur und Anschauungsmaterial zur Physik IV (im Format Powerpoint)


Skript von H. Müther und D. Wharam mit Modifikationen von A. Fäßler


Kapitel 1: Atom- und Molekülphysik PS PDF
Kapitel 2: Kern- und Teilchenphysik PS PDF
Kapitel 3: Festkörperphysik PS PDF



PHYSIK III

Amand Fäßler (Theorie) und Josef Jochum (Experiment)

Universität Tübingen

 Wintersemester 2005/2006
Di, Mi, Do 10.15 - 12.00 Hörsaal N 7


Inhaltsangabe zum Theorieteil, Literaturverzeichnis und Figuren zum Inhalt (im Format Powerpoint)


Skript zur Vorlesung "Physik III (Theorieteil)"
von Amand Fäßler

1: Newtonsche Mechanik PS PDF
2: Lagrangesche Bewegungsgleichungen PS PDF
3: Kleine Schwingungen PS PDF
4: Starrer Körper PS PDF
5: Gravitationstheorie PS PDF
6: Die Kanonischen Bewegungsgleichungen PS PDF
7: Hamilton-Jacobi Theorie PS PDF
8: Spezielle Relativitätstheorie PS PDF
9: Nichtlineare Dynamik PS PDF
10: Einleitung in die Quantenmechanik PS PDF
11: Die Schrödinger-Gleichung PS PDF
12: Der Hilbert-Raum PS PDF
13: Konservatives Zentralkraftfeldproblem PS PDF
A: Anhänge PS PDF





Weitere Skripte zur PHYSIK III und Ergänzung



Skript zur Vorlesung "Theoretische Mechanik"
von Amand Fäßler

1: Newtonsche Mechanik PS PDF
2: Lagrangesche Bewegungsgleichungen PS PDF
3: Kleine Schwingungen PS PDF
4: Starrer Körper PS PDF
5: Gravitationstheorie PS PDF
6: Die Kanonischen Bewegungsgleichungen PS PDF
7: Hamilton-Jacobi Theorie PS PDF
8: Spezielle Relativitätstheorie PS PDF



Skript zur Vorlesung "Theoretische Quantenmechanik I" von Amand Fäßler

Vorlesungsinhalt

0: Inhalt PS PDF
1: Einleitung PS PDF
2: Die Schrödinger-Gleichung PS PDF
3: Der Hilbert-Raum PS PDF
4: Konservatives Zentralkraftfeldproblem PS PDF
5: Teilchen im elektromagnetischen Feld PS PDF
6: Eigendrehimpuls (Spin) PS PDF
7: Störungstheorie stationärer Zustände PS PDF
A: Anhänge PS PDF



Skript zur Vorlesung "Theoretische Quantenmechanik II" von Amand Fäßler



Inhaltsverzeichnis QM II
(4 Seiten, 148 K)

Kapitel 8: Streutheorie
(28 Seiten, 360 K)

Kapitel 9: Formale Streutheorie
(37 Seiten, 409 K)

Anhang
(12 Seiten, 295 K)


Skript von H. Müther und D. Wharam
mit Modifikationen von A. Fäßler

Analytische Mechanik

Kapitel 1: Lagrange Formalismus

 
1.1 Zwangsbedingungen 1.1pdf 1.1ps
1.2 Das D'Alembertsche Prinzip 1.2pdf 1.2ps
1.3 Die Lagrange Bewegungsgleichungen 1.3pdf 1.3ps
1.4 Anwendungen des Lagrange Formalismus 1.4pdf 1.4ps
1.5 Variationsverfahren 1.5pdf 1.5ps
1.6 Das Hamiltonsche Prinzip 1.6pdf 1.6ps
1.7 Erhaltungssätze und Symmetrien 1.7pdf 1.7ps
1.8 Harmonische Näherung 1.8pdf 1.8ps
Kapitel 2: Hamilton Formalismus
 
2.1 Hamiltonsche Bewegungsgleichungen 2.1pdf 2.1ps
2.2 Anwendungen des Hamilton Formalismus 2.2pdf 2.2ps
2.3 Kanonische Transformationen 2.3pdf 2.3ps
2.4 Poisson Klammer 2.4pdf 2.4ps
2.5 Noether Theorem 2.5pdf 2.5ps


Kapitel 3: Nichtlineare Dynamik

 
3.1 Die logistische Gleichung 3.1pdf 3.1ps
3.2 Attraktoren in physikalischen Systemen 3.2pdf 3.2ps
3.3 Liouville Theorem  3.3pdf 3.3ps


Optik

Kapitel 4: Elektromagnetische Theorie des Lichts

 
4.1 Die Wellengleichungen und ihre Lösungen 4.1pdf 4.1ps
4.2 Energie und Impuls von Licht 4.2pdf 4.2ps
4.3 Phasen- und Gruppengeschwindigkeit  4.3pdf 4.3ps
Quantenmechanik

Kapitel 7: Einführung

 
7.1 Experimente zur Quantenmechanik 7.1pdf 7.1ps
7.2 Folgerungen aus den Experimenten 7.2pdf 7.2ps
Kapitel 8: Wellenmechanik eindimensionaler Systeme
 
8.1 Wellenpakete und Erwartungswerte 8.1pdf 8.1ps
8.2 Schrödinger, Ehrenfestsches Theorem 8.2pdf 8.2ps
8.3 Stationäre Lösung der SchrödingerGleichung 8.3pdf 8.3ps
8.4 Bewegte Teilchen 8.4pdf 8.4ps
8.5 Der Harmonische Oszillator I 8.5pdf 8.5ps
Kapitel 9:  Grundlagen der Quantenmechanik
 
9.1  Zustände und Observable 9.1pdf 9.1ps
9.2  Eigenzustände und Matrixfarstellung 9.2pdf 9.2ps
9.3  Messung von Observablen, Heisenbergsche Unschärferelation 9.3pdf 9.3ps
9.4  Kommutatoren und Klassische Mechanik 9.4pdf 9.4ps
9.5  Der Harmonische Oszillator II 9.5pdf 9.5ps
Kapitel 10:  Zentrale Kraftfelder
 
10.1 Drehimpuls in der Ortsdarstellung 10.1pdf 10.1ps
10.2 Zentralfeldprobleme in der Quantenmechanik 10.2pdf 10.2ps
10.3 Das Wasserstoff Atom 10.3pdf 10.3ps




PHYSIK II

Amand Fäßler und Reinhold Kleiner

Universität Tübingen

 Sommersemester 2004
Di, Mi, Do 8.15 - 10.00 Hörsaal N 7


Skript von H. Müther und R. Kleiner mit Modifikationen von A. Fäßler


0. Inhalt und Einleitung PS.GZ PDF 1
I. Elektrostatik PS.GZ PDF 1
I. Anhang zur Elektrostatik PS.GZ PDF 1
II. Stromfluss-Widerstand PS.GZ PDF 109
III. Magnetostatik PS.GZ PDF 137
IV. Maxwell-Gleichungen PS.GZ PDF 189
V. Spulen PS.GZ PDF 215
VI. Elektromagnetische Wellen PS.GZ PDF 245
VII. Spezielle Relativitätstheorie PS.GZ PDF 291


Skript zur Vorlesung "Theoretische Elektrodynamik"
von Amand Fäßler

1: Inhalt und Vorwort PS PDF
2: Elektrostatik PS PDF
3: Magnetostatik PS PDF
4: Die Maxwellgleichungen PS PDF
5: Ebene elektromagnetische Wellen PS PDF
6: Hohlleiter PS PDF
7: Multipolentwicklung des Strahlungsfeldes PS PDF
8: Spezielle Relativitätstheorie PS PDF
A: Anhänge PS PDF



PHYSIK I

Amand Fäßler und Reinhold Kleiner

Universität Tübingen

 Wintersemester 2003 / 2004
Di, Mi, Do 8.15 - 10.00 Hörsaal N 7


Skript von H. Müther und R. Kleiner mit Modifikationen von A. Fäßler


I. Einleitung. PS PDF 1
II. Dynamik eines Massenpunktes. PS PDF 21
III. Vielteilchensysteme. PS PDF 107
IV. Rotationen. PS PDF 149
V. Starre Körper. PS PDF 179
VI. Thermodynamik und Wärmelehre. PS PDF 209
VII. Schwingungen und Wellen. PS PDF 301


DILEPTON PRODUCTION IN HEAVY ION REACTIONS


Amand Fäßler

Lecture given at the Erice School on "Heavy Ion Reactions from Nuclear to Quark Matter"

 16. - 24. September 2003


Contents of lectures


LECTURE SERIES IN CAIRO/ EGYPT

Amand Fäßler

Universität Tübingen

 8 - 13 March, 2003


Contents of lectures


I. Solution of the Solar Neutrino Problem

II. Test of New Physics in the Neutrinoless Double Beta Decay

III. Baryon Properties in a Perturbative Chiral Quarl Model

The first three lectures were given at the "International Conference on Mathematics, Nuclear Physics and Applications in the 21st century"

IV Neutrino Masses and Supersymmetry

Talk given at the Cairo University on Wednesday, March, 12th. Most of the transparencies can be found in Lectures in Basel on "Neutrinos in Cosmology, in Astro, in Particle and Nuclear Physics"

VORLESUNG IM EUROPÄISCHEN GRADUIERTENKOLLEG BASEL-TÜBINGEN, 3 - 6 FEBRUAR 2003 in BASEL

Neutrinos in Cosmology, in Astro, in Particle
And Nuclear Physics

Amand Fäßler

Universität Tübingen

 Vorlesungen in Basel von Montag, den 3 bis Donnerstag, den 6 Februar 2003.

Montag: 14-16 h, Dienstag: 10-12 h, Mittwoch: 15-17 h, Donnerstag: 10-12 h


Contents of lectures
and
 Folien


I. Why does one expect new physics beyond the Standard model from neutrinos ?
  • The solar neutrino puzzle
  • Atmospheric neutrinos

    II. Parity violation in beta decay and the helicity of the neutrinos
  • Parity violation in beta decay of Co 60 and the helicity of the neutrinos

    III. Description of neutrinos
  • Notation: four-vectors, gamma-matrices, ...
  • Left and right handed Dirac particles. Decoupling of the left and right handed particles for massless particles
  • Number of neutrino families from cosmology and from the width of the neutral vector boson Z

    IV. Dirac and Majorana neutrinos
  • Dirac and Majorana masses
  • The "Seesaw" model
  • Direct measurement of the electron neutrino mass in the Triton decay

    V. Neutrino oscillations
  • Neutrino Oscillations for 2 and 3 neutrinos
  • Neutrino oscillations on reactors (KAMLAND)
  • Neutrino oscillations at accelerators K2K (KEK to Kamiokande)
  • Neutrino oscillations in matter: the Mikhev-Smirnov-Wolfenstein (MSW) effect

    VI. Neutrinos in cosmology and astrophysics
  • Nuclear reactions in the sun and the solar neutrinos
  • Solar neutrino detectors: Chlorine (Ray Davis, Nobel prize 2002); GALLEX; SAGE; (Super-)Kamiokande ( Masatoshi Koshiba, Nobel prize 2002); Sudburry Neutrino Observatory (SNO).

    VII. Dirac and Majorana neutrinos: the double beta decay
  • Two neutrino and neutrinoless double beta decay
  • Grand Unified Theories (GUT's)
  • Minimal Supersymmetric Model (MSSM) with R-parity violation
  • Nuclear structure and the double beta decay.

    Literature:

    1. Felix Boehm, Peter Vogl: Physics of Massive Neutrinos; Cambridge University Press, 1987.

    2. B. Kayser, F. Gibrat-Debus, F. Perrier: The physics of massive neutrinos; World Scientific, 1989.

    3. D.O. Caldwell: Current aspects of neutrino physics; Springer Verlag, 2001.

    4. M. Schmitz: Neutrinophysik; Teubner Studienbücher.

    5. Klapdor-Kleingrothaus, Zuber: Teilchenastrophysik;     Teubner-Verlag Stutgart.

    6. C.E. Rolfs, W.S. Rodney: Cauldrons in the cosmos (nuclear astrophysics); Chicago University Press.

    7. A.V. Klapdor: Neutrinos; Springer Verlag, 1988.

    8. A. Fäßler, T.S. Kosmas, G.K. Leontaris: Symmetries in intermediate and high energy physics. Springer Verlag 1999.

    9. A. Fäßler: Neutrinos in astro, particle and nuclear physics, Progress in Particle and Nuclear Physics, vol. 48, issue 1, (to be published in May 2002).

    10. K. Winter: Neutrino Physics; Cambridge University Press, 2000.

    11. C.W. Kim, A. Pevsner: Neutrinos in Physics and Astrophysics; Harwood Academis Publishers, Chur 1993.

    12. A. Fäßler, F. Simkovic: Double Beta Decay, J. Phys. G 24 (1998) 2139.

    13. W. Alberico: Neutrino Mixing; World Scientific, 2000.

    Folien von der Vorlesung
    THEORETISCHE PHYSIK V (Thermodynamik und Statistische Mechanik)

    Dozent: Amand Fäßler
    Wintersemester 2001/2002
    Zeit: Mo, Do 10 - 12 h
    im Seminarraum D8H33, Gebäude D
    Beginn: Montag, 15. Oktober 2001

     Inhalt:

    I. Grundprinzipien der Statistik

    II. Thermodynamische Größen

    III. Gibb'sche Verteilung

    IV. Ideales Gas

    V. Fermi- und Boseverteilung

    VI. Festekörper bei tiefen und hohen Temperaturen

    Literatur:

    1. Landau-Lifschitz: Lehrbuch der Theoretischen Physik V statistische Physik.

    2. F. Reif: Fundamentals of statistical and thermal physics; Mc Graw Hill.

    3. F. Reif: Berkeley lectures V; Statistical physics; Mc Graw Hill.

    4. Kittel: Physik der Wärme; Oldenbourg.

    5. A.Fäßler: Thermodynamik; Skriptum.

    6. W. Nolting: Grundkurs Theoretische Physik 4 (Spezielle Relativitätstheorie und Thermodynamik); Verlag Zimmermann - Neufang

    7. T. Fliessbach: Statistische Physik; Verlag Spectrum

    Roter Faden der Vorlesung "Thermodynamik und statistische Mechanik"

    SEMINAR ÜBER QUANTENCOMPUTER, QUANTENKRYPTOGRAPHIE UND TELEPORTATION

    A. Fäßler, K. W. Schmid, M. Weitz, C. Zimmermann

     Themen:

    (1) Welcher-Weg-Experimente
    Alexander Kaul (K.W. Schmid, 8. Nov.)

    Literatur: 5

    (2) Das Einstein-Podolsky-Rosen Paradox und die Bell'schen Ungleichungen - verschränkte Zustände
    Markus Röscheisen (A. Fäßler, 15. Nov.)

    Literatur: 1, 2, 3, 4, 12, 13

    (3) Experimente zum EPR Paradoxon
    Marlene Vogel (C. Zimmermann, 22. Nov.)

    Literatur: 1, 12

    (4) Fällt aus

    (5) Quantenlogik und Quantengates
    Hr. Johannes Bleibel (M. Weitz, 6. Dez.)

    Literatur: 1, 2, 3, 4, 6

    (6) Physikalische Realisierung von Quantenlogik
    Hr. Alexander Kaul (M. Weitz, 13. Dez.)

    Literatur: 1, 2, 3, 4

    (7) Suchen in einer ungeordneten Liste: der Grover-Algorithmus
    Anna Kühn (K.W. Schmid, 10. Jan.)

    Literatur: 1, 2, 17

    (8) Faktorisierung großer Zahlen: der Schor-Algorithmus - die schnelle Entschlüsselung klassischer Codes
    Reinhard Weiss (A. Fäßler, 17. Jan.)

    Literatur: 1, 2, 18

    (9) Quantenteleportation: Theorie und Experimente
    Christian Bolkart (C. Zimmermann, 24. Jan.)

    Literatur: 1, 2, 11, 14, 15, 16

    Am Donnerstag, den 18.10.2001, findet um 15 Uhr (c.t) im VB N3 (Vorbereitungsraum zum Hörsaal N3) die Festlegung der Termine und Betreuer (ab Vortrag 4) statt. Vortrag 6 ist noch zu vergeben

    Literatur:

    1. J. Preskill "Lecture notes on: Quantum Computation" (2000)

    2. A. Steane "Quantum Computing"

    3. G. P. Berman, G. D. Doolen, R. Mainieri, V. Tsifrinovich
    "Introduction to Quantum Computer" World Scientific, 1998

    4. H. K. Lo, S. Popescu, T. Spiller
    "Introduction to Quantum Computation and Information" World Scientific, 1998

    5. A. Rae "Quantum Physics: Illusion or Reality ?"
    Cambridge University Press 1986

    6. Physics World, Vol. 11, N 3, März (1998) "Quantum Information" (Seiten 33 - 58)

    7. I. Chuang "Quantum Physics and Church-Turing"
    (lecture August 27, 1997)

    8. Bibliography of Quantum Cryptography

    9. Scientific American, Dezember 1995 und Spektrum der Wissenschaft, Mai, 1995:
    "Confidential Communication on the Internet" und "Sichere offene Datennetze" von T. Beth

    10. T. Beth "Sicherheit und Datenschutz auf der Infobahn"
    (Report 93/3, 1995 von der Universität Karlsruhe)

    11. Ch. H. Bennet et al., "Teleporting an Unknown Quantum State via Dual classical and EPR channels" Phys. Rev. Lett. 70 (1993) 1895 und 76 (1996) 722

    12. T. E. Kiesse et al., "Experimentelle Überprüfung des EPR-Paradoxons und der Bell'schen Ungleichung" Phys. Rev. Lett. (1993) 3893

    Originalarbeit:
    A. Einstein, B. Podolsky, N. Rosen, Phys. Rev. 47 (1935) 777
    J. Bell Rev. Mod. Phys. 38 (1966) 447
    W. Tittel, J. Brendel, H. Zbinden, N. Gisin preprint

    13. A. Peres: "Quantum Theory: Concepts and Methods", Kluwer 1993
    (Bell-Ungleichung in Kapitel 6)

    14. D. Boschi et al., Phys. Rev. Lett. 80 (1998) 1121

    15. D. Bouwmeester et al., Nature 390 (1997) 575

    16. E. Hagley et al., Phys. Rev. Lett. 79 (1997) 1

    17. L. K. Grover, Phys. Rev. Lett. 79 (1997) 4709

    18. P. W. Shor, Proc. of the 35th Annual Symposium on the
    Foundation of Computer Science,
    ed. S. Goldwasser, IEEE Computer Society Press, Los Alamos, CA, 1994



    Jan Kuckei - Last Update: 25. Januar 2006