# Fachbereich Physik/Diplomstudiengang Physik (Gliederung)

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Diese Seite ist Teil des Fachbereichs Physik und bietet einen Überblick über die Gliederung und die Inhalte des Diplomstudiengangs Physik.
Diese sind stark an die übliche Studienordnung des klassischen Abschlusses eines fünfjährigen Physikstudiums an deutschsprachigen Universitäten angelehnt.

## Vorkenntnisse

* Mathematische Einführung zur Physik: Vektoren, Funktionen einer reellen Veränderlichen, Differentialrechnung, Taylor-Entwicklung, Lineare Gleichungen und Determinanten, Integralrechnung, Folgen und Reihen, komplexe Zahlen, Ellipse, Hyperbel, Parabel

## Grundstudium

* Experimentalphysik
** Mathematische Grundlagen der Physik: Vektoren, Vektorfelder, Koordinatensysteme, Integration in mehreren Dimensionen, Approximationen, Fouriertransformation, Vektoroperatoren (Gradient, Divergenz, Rotation), partielle Differentiation, vollständige Differentiale, Potential, Integralsätze, Statistik
** Klassische Mechanik: Kräfte, Impulserhaltung, Drehimpulserhaltung, Drehmoment, Zentralkräfte, Kepler'sche Gesetze, Gravitationsgesetz, Statik, Gleichgewicht, Reibung, Arbeit, Energie, Stoßprozesse, harmonische, gedämpfte, erzwungene, gekoppelte Schwingungen, Überlagerung von Schwingungen, stehende und fortschreitende Wellen, Reflexion von Wellen, Wellenpakete, Dispersion, Akustik, Dopplereffekt, Schwerpunkt und Trägheitsmoment starrer Körper, Drehschwingungen, Präzession und Nutation von Kreiseln, Druck, Elastizität, Hooke'sches Gesetz, Torsion, Kompression, barometrische Höhenformel, Auftrieb, Oberflächenspannung, Kontinuitätsgleichung, Bernoulli'sche Gleichung, turbulente Strömungen, hydrodynamisches Paradoxon, Magnus-Effekt, Stokes- und Newton'sche Reibung, linear beschleunigte und rotierende Bezugssysteme, Scheinkräfte (Zentrifugalkraft, Coriolis-Kraft)
** Spezielle Relativitätstheorie: Galilei-Transformation, Lorentz-Transformation, Transformation von Zeit, Länge, Masse, relativistische Dynamik
** Thermodynamik: Boltzmann-Verteilung, Stoßquerschnitte, Effusion, Zustandsgleichung des idealen Gases, Wärmekapazität, innere Energie, erster Hauptsatz, Kreisprozesse, adiabatische Zustandsänderungen, Entropie, zweiter und dritter Hauptsatz, offene Systeme, thermodynamische Potentiale, van-der-Waals-Gas, Clausius-Clapeyron-Gleichung, Mehrstoffsysteme, Joule-Thomson-Effekt, Linde-Verfahren, Wärmeleitung, Konvektion, Diffusion, Wärmestrahlung, Stefan-Boltzmann-Gesetz,
** Klassische Elektrodynamik: Elementarladung, elektrisches Feld, Potential, Coulomb'sches Gesetz, Gauß'sches Gesetz, Influenz, Methode der Spiegelladungen, Dielektrika, Leiter, elektrostatische Energie, Kapazität, Strom, Spannung, elektrische Leistung, Strom- und Spannungsquellen, Leitungsphänomene, Drude-Modell, Ohm'sches Gesetz, Elektrolyte, Kirchhoff'sche Regeln, Messverfahren, magnetische Felder, Ampere'sches Durchflutungsgesetz, Biot-Savart-Gesetz, magnetisches Moment, Lorenz-Kraft, Hall-Effekt, Faraday'sches Gesetz, Lenz'sche Regel, Wirbelströme, elektrisches Dipolmoment, elektrische Suszeptibilität, Polarisierbarkeit, Piezoelektrizität, Dia-, Para-, Ferromagnetismus, Anwendungen von Wechselstrom, Drehstrom, Generatoren, Motoren, Transformator, Gleichrichtung, Hochpass, Tiefpass, Wechselstromwiderstände, Schwingkreis, Sender, Antenne, Maxwell-Gleichungen in Integral- und Differentialschreibweise
** Optik:
*** Lineare Optik: Fermat'sches Prinzip, Reflexion, Brechung, Totalreflexion, Lichtleiter, sphärische Flächen, dünne und dicke Linsen, Abbildungsfehler, optische Instrumente
*** Wellenoptik: Elektromagnetische Wellen in Materie, Hertz'scher Dipol, geführte Wellen, Wellenwiderstand, Lecherleitung, Hohlleiter, elektromagnetische Wellen in Vakuum, Polarisation, Transversalität, Lichtgeschwindigkeit, elektromagnetische Wellen an Grenzflächen, Brechung, Reflexion, beschleunigte Ladung und Strahlung, Synchrotronstrahlung, Fresnel'sche Formeln, Dispersion, Absorption, Extinktion, komplexe Brechzahl, normale und anomale Dispersion, Rayleigh- und Mie-Streuung, Interferenz, Kohärenz (zeitlich und räumlich), Zweistrahlinterferenz, Vielstrahlinterferenz, Interferometer, Interferenzfilter, Fabry-Perot-Versuch, Beugung, Huygens'sches Prinzip, Fresnel-Kirchhoff'sches Beugungsintegral, Fraunhofer'sche Beugung, Fresnel'sche Beugung, Spalt, Doppelspalt, Gitter, Auflösungsvermögen, Holographie, Doppelbrechung einachsiger Kristalle, induzierte Doppelbrechung, optische Aktivität, Kerr-Effekt, Pockels-Zelle, physikalische und physiologische Photometrie (Farben und Täuschungen), Photonen, Materiewellen, Photonenstatistik, Photoeffekt, Unschärferelation, Grundlagen der Quantenmechanik
* Theoretische Physik
** Analytische Mechanik: Raum und Zeit, Galilei'sches Relativitätsprinzip, Newton'sche Gesetze, Teilchen im Kraftfeld, Kinematik, Impuls, Kraft, Drehimpuls, Drehmoment, Arbeit, kinetische Energie, Potential, Erhaltungssätze, Virialsatz, Zweikörperproblem, Kepler'sche Gesetze, Lagrange'sche Formulierung, Zwangsbedingungen, Zwangskräfte, Variationsrechnung, Hamilton'sches Prinzip, Lagrange-Gleichungen, Symmetrien und Erhaltungssätze, Trägheitskräfte, Trägheitstensor, Drehimpuls, Bewegungsgleichungen des starren Körpers, kleine Schwingungen, Normalschwingungen, parametrische Resonanz, Hamilton'sche Formulierung, Legendre-Transformation, Hamilton-Funktion, kanonische Gleichungen, kanonische Transformationen, Poisson-Klammern, Satz von Liouville, Relativitätsprinzip, Minkowski'sche Raum-Zeit, Lorentz-Transformationen, Zeitdilatation, Längenkontraktion, Addition von Geschwindigkeiten, 4-Vektoren, Impuls, Energie, relativistische Lagrange-Funktion
** Theoretische Elektrodynamik (oft auch erst im Hauptstudium): Maxwell-Gleichungen im Vakuum, elektromagnetische Potentiale, Eichtransformationen, Wellengleichung, Poynting-Vektor, Lorentzkraft, Multipole, Kugelflächenfunktionen, elektro- und magnetostatische Randwertprobleme, Green'sche Funktionen, Elektrodynamik in Medien, dispergierende Medien, Reflexion und Beugung ebener Wellen, Wellenleiter, Kronig-Kramers-Relation, kovariante Formulierung der Maxwell-Gleichungen, Spannungstensor, Energie- und Impulssatz, geladene Teilchen im elektromagnetischen Feld, retardierte Potentiale, Hertz'scher Dipol, Felder bewegter Punktladungen, Streuung und Beugung von Wellen
* Mathematik
* Analysis für Physiker
* Lineare Algebra für Physiker
* Funktionentheorie
* Nebenfächer (meist ein oder zwei der folgenden)
** Einführung in die Astronomie
** Einführung in die Elektrotechnik
** Physikalische Chemie
** Informatik Informatik

## Hauptstudium

* Experimentalphysik
** Atomphysik und Molekularphysik: Eigenschaften von Atomen, Serienspektren, klassische Atommodelle, Bohr'sches Atommodell, Bohr-Sommerfeld-Modell, Grenzen der halbklassischen Theorien, Welle-Teilchen-Dualismus, Compton-Streuung, schwarzer Strahler und Strahlungsgesetze, quantenmechanische Beschreibung des Wasserstoffatoms, Wellenfunktion, Separation der Variablen, Quantisierung der Energie, Bahndrehimpuls, magnetisches Moment, Spin des Elektrons, Stern-Gerlach-Experiment, Landé-Faktor, Einstein-de-Haas-Effekt, Spin-Bahn-Kopplung, Feinstruktur des Wasserstoffspektrums, Auswahlregeln, Lamb-Verschiebung, Mehrelektronenatome, Fermionen, Bosonen, Pauli-Prinzip, Periodensystem, Kopplung der Drehimpulse, magnetische Momente, spektroskopische Symbole, Auswahlregeln, spezielle Atomgruppen, Hundt'sche Regeln, Zeeman-Effekt, Paschen-Back-Effekt, Stark-Effekt, magnetische Hyperfein-Struktur, Rabi-Experiment, Röntgenstrahlen, Erzeugung und spezielle Eigenschaften, Auger-Effekt, Absorption von Röntgenstrahlen, spektroskopische Methodem mit Röntgenstrahlen, Grundbegriffe des Strahlenschutzes, chemische Bindungen, Bindungstypen, Born-Oppenheimer-Näherung, Wasserstoff-Molekül-Ion, Hybridisierung, Molekülorbitale, Hückel-Näherung, elektronische Zustände, Schwingungen, Rotation, Maser, Laser, semiklassische Beschreibung, Form der Spektrallinien, Infrarotspektroskopie, Raman-Spektroskopie, Doppler-freie Spektroskopie
** Festkörperphysik: Festkörper als Vielteilchenproblem, Gittersysteme, Edelgaskristalle, Ionenkristalle, kovalente Bindungen, Metallbindungen, Kristallstrukturen, Bravais-Gitter, primitive Einheitszelle, Wigner-Seitz-Zelle, Miller-Indizes, dichteste Kugelpackungen, Methoden der Kristallstrukturbestimmung, Röntgen-, Neutronen- und Elektronenbeugung, Bragg'sches Gesetz, Laue-Bedingung, Struktur- und Formfaktoren, reziprokes Gitter, Ewald-Konstruktion, Brillouin-Zonen, reale und nichtkristalline Festkörper, elastische Eigenschaften von Kristallen, Dispersionsrelationen elastischer Wellen, akustische und optische Phononen, spezifische Wärme, Einstein- und Debye-Modell, anharmonische Effekte, thermische Ausdehnung, Phonon-Phonon-Streuprozesse, Wärmeleitung, Umklappprozesse, Metalle als freies Elektronengas, Drude-Modell, Ohm'sches Gesetz, Sommerfeld-Modell, Fermigas, elektronische spezifische Wärme, elektrische und thermische Leitfähigkeit, Hall-Effekt, Austrittsarbeit, Bloch'sches Theorem, Bragg-Reflexionen, Energielücken, Fermi-Oberflächen, Übergang zu Halbleitern und Isolatoren, Bandstrukturen ausgesuchter Metalle, de-Haas-van-Alphen-Effekt, Vielteilcheneffekte, Bandstrukturen ausgesuchter Halbleiter, direkte und indirekte Halbleiter, Bandlücken, effektive Massen, Zyklotronresonanzen, Dotierung und elektrische Leitfähigkeit, Elektron- und Lochpopulationen in Abhängigkeit von Temperatur und Dotierung, pn-Übergang, Kontinuitätsgleichung, Diodengleichung, Feld- und Diffusionsstrom, Bauelemente, wie Gleichrichter, Solarzelle, Photodetektor, LED, Laserdiode, Transistor, Feldeffekttransistor, dielektrische Eigenschaften, lokales Feld, Polarisierbarkeit, Clausius-Mosotti-Beziehung, phononische Polaritonen und Reststrahlenbande, pyroelektrische und ferroelektrische Kristalle, optische Anregungen in Metallen und Halbleitern, Plasmonen, Interbandübergänge, Exzitonen, Farbzentren, nichtlineare optische Eigenschaften, magnetische Eigenschaften, Magnetisierung, Messung der Suszeptibilität, Langevin-Dia- und Paramagnetismus, Curie-Gesetz, adiabatische Entmagnetisierung, Pauli-Spinsuszeptibilität, Spin-Resonanz, Austauschwechselwirkung, Ferro- und Antiferromagnetismus, Curie-Weiß-Gesetz, Domänen, Bloch-Wand, magnetische Einheitszelle, Spinwellen, Anwendungen, Supraleitung, Meißner-Effekt, Eindringtiefe, London-Gleichung, Cooper-Paare, Flussquantisierung, Isotopieeffekt, Quasiteilchen-Tunneln, Josephson-Effekt, Quanteninterferenz, Energielücke, Supraleiter 2. Art, Hochtemperatursupraleiter, Anwendungen von Supraleitern
** Kernphysik und Elementarteilchenphysik: Bausteine der Materie, Atomphysik, Kernphysik, Teilchenphysik, Übersicht über Teilchen-Wechselwirkungen und -Symmetrien, Übersicht Elementsynthese, Streuexperimente, Kinematik, Wirkungsquerschnitt, Luminosität, Fermis Goldene Regel, Beschleunigertypen, Wechselwirkung von Teilchenstrahlung mit Materie, Ionisationsverlust, Reichweite, Teilchenschauer, Detektoren, experimentelle Begründung des Kernmodells durch Rutherford, Geiger und Marsden, Tröpfchenmodell, Weizsäcker'sche Massenformel, Asymmetrieterm, Paarterm, Stabilitätslinie in der N-Z-Ebene, magnetische Eigenschaften der Kerne, radioaktiver Zerfall, Arten der Kernstrahlung, Zerfallsgesetz, Lebensdauer, Halbwertszeit, Stabilitätsbetrachtungen mit Hilfe der Weizsäcker-Formel, Beta-Zerfälle, Alpha-Zerfälle, Gamov-Modell, Geiger-Nutall-Regel, Kernspaltung, elektromagnetische Übergänge (Dipol- und Quadrupolmoment), Multipolstrahlung, innere Konversion, Energiegewinnung durch Kernreaktionen, Kernspaltungs- und Fusionsprozesse, Kernkraftwerke, Fusionsreaktoren, kernphysikalische Messmethoden: Mößbauer-Effekt, Hyperfeinwechselwirkung im Festkörper, Kernspinresonanz und Anwendungen, Dosimetrie, Strahlenschäden, Strahlentherapie, Strahlenschutz, Elektronstreuung an Kernen, Wirkungsquerschnitt nach Rutherford und Mott, inelastische Kernanregungen, Formfaktoren des Nukleons, angeregte Nukleonzustände, tiefinelastische Lepton-Nukleonstreuung, Strukturfunktionen, Verteilungsfunktionen der Partonen, Valenzquarks, Seequarks, Gluonen, Quarkonia, Isospin, Flavour, Hyperladung, Mesonen- und Baryonenmultipletts, Kernkräfte, Nukleon-Nukleon-Streuung, Deuteron, Modelle für Kernkräfte, Fermigas-Modell, Schalenmodell, kollektive Modelle, exotische Kerne, Vereinheitlichung von Wechselwirkungen, typische Prozesse, Paritätsverletzung, Messung der Helizität des Neutrinos, C-Verletzung, Dirac-Gleichung, Spin, Helizität und Chiralität, Fermi-Theorie, CKM-Matrix, KK-Oszillationen, CP-Verletzung, Feynman-Diagramme, Symmetrien, Gruppen und Erhaltungssätze, Beispiele für SU(N)-Symmetrien, diskrete Symmetrien, CPT, elektrisches Dipolmoment des Neutrons, Eichinvarianz am Beispiel Quantenelektrodynamik, schwacher Isospin, schwache Hyperladung, Higgs-Mechanismus und Konsequenzen, Weinberg-Winkel, Boson-Fermionkopplungen, Bosonselbstkopplungen, neutrale Ströme, Entdeckung von W- und Z-Bosonen, Vergleich indirekter und direkter Messung der W-Boson und Top-Massen, Jagd auf das Higgs-Teilchen, Quantenchromodynamik (QCD), Quarks, Farbe, Gluonen, QCD als Eichtheorie, Confinement, Bestimmung der Feinstrukturkonstanten, Jets, Strukturfunktionen, offene Fragen des Standardmodells, Teilchenastrophysik und Elementsynthese, expandierendes Universum, Nukleonsynthese beim Urknall, kosmische Hintergrundstrahlung, stellare Kernsynthese
* Theoretische Physik
** Einführung in die Quantenmechanik: Schrödinger-Gleichung, Kontinuitätsgleichung, stationäre Zustände, eindimensionale Potentialprobleme, Tunneleffekt, harmonischer Oszillator in einer Dimension, unitärer Zustandsraum, lineare Operatoren, Basen, Darstellungen, Spektrum, Produktraum, Unschärferelation, verträgliche Observablen, statistischer Operator, Maßprozeß, Darstellung von Symmetriegruppen im unitären Zustandsraum, Translationen, Drehungen, Vertauschungsrelation, Bahndrehimpuls, Teilchen im Zentralfeld, Wasserstoffatom, Spin, Elektron im Magnetfeld, Pauli-Gleichung, Addition von Drehimpulsen, Wigner-Eckart-Theorem, stationäre Störungstheorie, zeitabhängige Störungstheorie, Fermis Goldene Regel, Strahlungsübergänge, quasiklassische Näherung, Streutheorie, Lippmann-Schwinger-Gleichung, Born'sche Näherung, Partialwellennäherung, Bosonen, Fermionen, Symmetriepostulat
** Statistische Mechanik und Thermodynamik: Klassische Systeme, Hamilton'scher Fluß, quantale Systeme, unitäre Evolution, Dichtematrix, Asiome der Wahrscheinlichkeitstheorie, Zufallsvariablen, Gesetze der großen Zahlen, zentraler Grenzwertsatz, Wahrscheinlichkeitsverteilungen, Shannon-Jaynes-Prinzip, Wahrscheinlichkeit und Entropie, Gleichgewichtsverteilungen im mikrokanonischen, kanonischen und großkanonischen Ensemble, Arbeit, Wärme, Hauptsätze der Thermodynamik, Fermi-Gase, Bose-Gase, Bose-Einstein-Kondensation, Photonen, Planck'sche Strahlungsformel, van-der-Waals-Gas, thermodynamische Potentiale, Gibbs-Duhem- und Maxwell-Relationen, Phasengleichgewichte, Prozesse, Landau-Theorie, Diffusion, Irrfahrten, Boltzmann-Gleichung
** Fortgeschrittene Quantenmechanik: Meßprozess, Bell'sche Ungleichung, GHZ-Gleichung, Pfadintegrale, Bezug zur Schrödinger-Gleichung, Vielteilchentheorie, Besetzungszahldarstellung, Hartree-Fock-Näherung, Elektron-Phonon-Wechselwirkung, Superfluidität, Supraleitung, Quantisierung elektromagnetischer Felder, optische Übergänge, Auswahlregeln, Quantisierung der Klein-Gordon- und Dirac-Felder, nicht-relativistische Näherung, Spin-Bahn-Kopplung, Landau-Niveaus, Aharonov-Bohm-Effekt, kohärente Zustände, dissipative Quantenmechanik, Dekohärenz
* Mathematik
** Numerik für Physiker
* Spezialgebiete der Physik (physikalische Nebenfächer)
** Allgemeine Relativitätstheorie
** Nichtlineare Optik
** Plasmaphysik
** Mesoskopische Physik
** Biophysik
** Nichtgleichgewichts-Thermodynamik
** Kosmologie
** Astronomie
** Stringtheorie
** Quantenfeldtheorie
** Magnetische Monopole
** Theoretische Festkörperphysik
** Hydrodynamik
* Nebenfächer (nicht-physikalisch)
** Mathematik
*** Partielle Differentialgleichungen
*** Funktionalanalysis
*** Algebra
*** Stochastik
*** Stochastische Prozesse
** Informatik
** (Physikalische) Chemie
** Meteorologie
** Geowissenschaften
** Biologie
** Physiologie
** Elektrotechnik
** Philosophie