Prüfungsprotokoll 1369
Fach Theoretische Physik bei Prüfer Prof. Timm


































ID 1369
Prüfung für Master
Fach Theoretische Physik
bei Prüfer Prof. Timm
Beisitzer Dr. Michetti
Fachsemester 2
Datum der Prüfung 27.09.2016
Bei Prüfer gehörte Veranstaltung Theoretische Mechanik
Quantentheorie II
Vorbereitung auf die Prüfung Ich war zur Vorbereitung bei Prof. Timm um mit ihm zu besprechen, was er denn so verlangt. Dabei wies er daraufhin, dass Quantentheorie in der Regel das Gebiet ist, was am meisten Zeit in der Prüfung beansprucht und das bei Quanten II Relativistik und Vielteilchentheorie wichtiger sind, als Streuung. Allerdings hat er in der Prüfung nach Streuung gefragt und ich hatte keine Ahnung. Dazu sag ich weiter unten noch etwas. Statistik/Thermo und Master sind sicher weniger wichtig als der Quantenteil, aber er hat ausdrücklich daraufhin gewiesen, dass es durchaus schonmal eine ganze Note ausmachen kann, wenn zu den Masterthemen so garnichts kommt.
Dauer der Vorbereitung 4 Wochen
Art der Vorbereitung komplett allein bis auf abschließendes Gespräch mit Kommilitonen
Allgemeine Tipps zur Vorbereitung Fangt früh genug an und bleibt kontinuierlich am Ball! Klingt zwar nach Phrase ist aber genau entscheidend. Der Stoff ist unglaublich viel und an mancher Stelle echt komplex und will jemand Mathematik und die Prinzipien verstehen braucht das einiges an Zeit, was man schnell unterschätzt. Man sollte auch ehrlich mit sich sein, wieviel man aus dem Bachelor weiß, je nachdem liest man das Skript eben nicht nur durch, sondern muss sich Dinge vielleicht auch neu erarbeiten.
In den Protokollen ist mir aufgefallen, dass wenn "Kritische Phänomene" genannt wurde, er das gern aufgreift. Auf seiner Website ist ein Skript abrufbar, dass von einer Vorlesung stammt, die er über "Kritische Phänomene und Phasenübergänge" gehalten hat. Für ein besseres Verständnis sehr zu empfehlen, wenn auch deutlich über dem Stoff, den es braucht.
Verwendete Literatur Lehramt-Skript QTI (Prof. Timm), Skripte QTI und QTII (Prof. Schmidt), Skript QTII (Prof. Timm), Skript Thermodynamik und Statistische Physik (Prof. Schmidt), Master-Skript (Prof. Strunz), Skript Phasenübergänge und krititische Phänomene (Prof. Timm), Repetitirium Theroretische Physik (Wachter/Hoeber), Quantenmechanik - Grundlagen (Nolting),
Wie verlief die Prüfung? Ich war ziemlich aufgeregt und bin in den ersten zehn Minuten einige Male an Grenzen gestoßen, weil ich mir zu "vermeintlich" unwichtigen Sachen nicht so genau angeschaut hab, wie die Mathematik dahinter wirklich funktioniert. Sollte das passieren, bleibt entspannt. Herr Timm reagiert sehr gelassen auf Aussagen allá "da fehlt mir gerade der Aufhänger" oder "Ich weiß gerade nicht woraus Sie hinaus wollen". Er versucht dann auch die Frage umzuformulieren, bis man drauf kommt oder man hat wirklich so garkeinen Plan, weil (siehe bei mir Streuung) man es sich nicht angeschaut hat, dann merkt er das sehr schnell und geht dann zu etwas anderem über, nachdem mehrfaches Hinführen zur Lösung nicht funktioniert hat. Allgemein ist ein erstes keine Ahnung haben überhaupt kein Grund für ihn (so scheint es) das negativ zu werden, wenn man auf Nachfragen sinnvolle Ideen bringt und eventuell zur Lösung kommt, deutet er das durchaus als Grundverständnis. Allgemein muss ich sagen, dass das neben der Vertiefungsprüfung im Master, die Prüfung war, in der ich am ehesten das Gefühl hatte, da prüft jemand wirklich ob man versteht was man tut. Mit Mathematik und aber auch mit Interpretation. Wobei mathematische Fehler am ehesten zu verzeihen sind, wenn man entsprechend zeigt das man die Konzepte versteht.
Wie reagiert Prüfer, wenn man die Frage nicht gleich beantworten kann? siehe vorige Frage
Kommentar zur Benotung Habe noch ein "gut" bekommen, obwohl ich im mathematischen Formalismus oft nicht ganz genau war. Er hat als positiv gewertet, dass er merkte, dass ich die Physik verstanden habe und die Sachen auch gut und korrekt erklären kann. Die einzige Lücke die er richtigerweise gesehen hat war Streuung. Da hat er auf Erklärung, dass er zu mir im Gespräch meinte, dass er es eher nicht prüft, gesagt: "seit dem prüfe ich es aber immer mal mit".
Allgemein zur Prüfung und Prüfer Kann jedem nur Herrn Timm als Prüfer empfehlen. Sehr entspannt, wenn man mal nicht bescheid weiß. Gute Intuition, wo man was verstanden - er will dann manchmal nach paar Erklärungen garnichts weiter wissen, weil er registriert hat, dass man es kann.
Was war schwierig an der Prüfung? Worauf wirklich fokussieren? Welche Details sind nicht so wchtig? Stoffmenge
Welche Fragen wurden konkret gestellt? Masterthemen: Kritische Phänomene (darauf spekuliert, dass er es nimmt), Supraleitung, Wirkung und VariationQuanten I:Welche Versuche waren klassisch nicht zu erklären? Wie sieht denn das bei Franck-Hertz aus?
  • Aufbau und Erklärung
  • Was kann man jetzt daran klassisch nicht verstehen?
  • Wie deuten Sie, dass sich mehrere äquidistante Peaks ergeben?
  • Was würde man denn erwarten, wenn die Energie-Auflösung entsprechend hoch genug wäre? (Wollte auf höhe Übergänge, welche auch eingehen hinaus)
Wenn man jetzt solche Spektren berechnen wollte, wie hat man das gemacht, wie hat man sich denn ein Atom damals vorgestellt?
  • kurz Bohrsche-Postulate und Erweiterung auf Bohr-Sommerfeld
  • Was ist die Idee bei Bohr-Sommerfeld?
  • Wie berechnet man die Flächen?
  • Was muss gelten, das ich das so machen kann in zwei Dimensionen, da der Phasenraum ja eigtl 6 Freiheitsgrade hat? (Koordinaten müssen separierbar sein)
  • Wie sehen die Phasenraumflächen denn aus?
  • Was sind die Probleme, die Bohr-Sommerfeld (immernoch) hat?
  • Welche Bahnen sind denn beispielsweise nicht periodisch und in Experimenten von Interesse? (Wollte auf Streuung hinaus)
Ok, wie schafft man sich jetzt Abhilfe, also wie berechnet man das Spektrum konkret für ein Potential (z.B. im Wasserstoff)?
  • Schrödingergleichung hinschreiben
  • Wie sieht denn das Potential in einem Atom aus? (Coulomb-Potential)
  • Wie lösen Sie denn jetzt die SGL?
  • Erklärung der Lösung für radialsymmetrisches Potential (habe erwähnt, dass ich dafür keine Formeln parat hab, war aber ok so)
  • Was müssen Sie denn noch machen um das so lösen zu können? (Zeit Separation nicht vergessen, da erst die stationäre SGL dann in Radial- und WInkelgleichung separiert wird)
Wie sieht denn das bei Streuung aus? (habe ich nur sehr wenig zu sagen können und er hat dann auch schnell das Thema gewechselt)Jetzt nehme ich an, dass mein Hamiltonoperater mit V= cx^4  gestört wird. Wie bekomme ich den Grundzustand?
  • Ritz erklärt, wo das herkommt und was das ganze Soll
  • Wieso geht denn Störungstheorie nicht? (keine kleine Störung mehr wegen x^4)
Quanten II:Ok, kommen wir zu etwas anderem. Wie sieht denn das nun für viele Teilchen aus, was muss man da beachten?
  • Wie realisiert man das denn, dass die Vertauschungsrelationen so erfüllt sind?
  • Wie sieht die Slater-Determinante denn aus?
  • Wenn wir an Fermionen denken, was bedeutet die Slater-Determinante denn dann bezüglich des Pauli-Prinzips?
  • Wie sieht die Determinante denn aus?
  • Was passiert denn wenn zwei Teilchen im gleichen Zustand sind?
  • Wieso verschwindet die Determinante dann (für Fermionen)?
  • Kann man denn alle Zustände so darstellen? (Nur Produktzustände. Bei verschränkten Zuständen bräuchte man mehrere Slaterdeterminanten, die man addieren muss)
Nun ist das recht aufwändig mit diesen Determinanten, wie schafft man sich denn Abhilfe?
  • Erzeuger und Vernichter Erklärung inklusive Wirkung auf zustand In> und Vorfaktoren + Unterschiede bei Fermionen und Bosonen
  • Wenn ich jetzt einen Operator nehme, wie kann ich den denn dann darstellen?
  • Der Operator soll hermitesch sein, was ist denn dann so toll und wie kann ich dann umschreiben? (Diagonalisierung der Matrix des Operators)
  • Warum sollten möglichst gleich viele Erzeuger und Vernichter da stehen? (Teilchenzahlerhaltung)
Thermodynamik:Wie wird denn die Temperatur in der Thermodynamik eingeführt?
  • 0. Hauptsatz erklärt
  • Was ist denn jetzt aber der Grund, dass man T einführt und beispielsweise p nicht extra? (Wollte hören, dass T postuliert wird)
  • Wie ist denn das bei den Ensembles, wo taucht T denn da auf? (In Wahrscheinlichkeiten und Zustandssumme. Wichtig: Wärmebad-Ankopplung reicht nicht, weil man ja quasi so tun muss, als wüsste man keinen Zusammenhang zwischen T und Wärme)
  • Wie ist dass denn im mikrokanonischen Ensemble, wo taucht denn da T auf? (garnicht!)
  • Wie bekomme ich denn T aus meinem Ensemble?
  • Sie hatten von Gleichgewicht gesprochen, was passiert denn da mit der Entropie?
Kritische Phänomene:Was ist denn ein Phasenübergang?Wie ist denn die Ordnung eines Phasenübergangs definiert?
  • Erklärt, dass Ordnung der unstetigen Ableitung des thermodynamischen Potentials, die Ordnung festlegt
  • Welche Bedingung fehlt denn da?
  • Was ist denn ein Beispiel für Phasenübergang 2. Ordnung? (Magnetisierung eines Ferromagneten)
  • Dabei ist die Wärmekapazität unstetig. Diese ist definiert als die partielle Ableitung der inneren Energie nach der Temperatur. Wäre also ein Übergang erster Ordnung laut ihrer Definition, ist aber 2. Ordnung. Warum? (Es zählt die Ableitung nach natürlichen Variablen, die sind bei U eben S,V, und N. Deswegen muss erst u nach S und S muss nach T abgeleitet werden, deswegen 2. Ordnung)
Was will man denn untersuchen?Wie sieht denn Theorie dazu aus?
  • Landau-Theorie grob erklärt (Ordnungsparameter wird  in Potential eingebaut)
  • Was gibt es noch? (Mean-Field-Näherung)
  • Was gibt es denn noch? (Erweiterung auf Landau-Ginzburg)
  • Kann man machen, bringt aber keine besseren Ergebnisse. Was bringt denn genauere Ergebnisse? (Er wollte Renormierung hören, wusste ich aber nicht
(Auf Nachfrage, ob er er z.B. dass mit der Blockspintrafo meine) Können Sie vielleicht nochmal kurz erklären, was das ist und wie man vorgeht?Prüfungsende! Prüfung hat etwas länger gedauert, knappe Stunde. Wie von mir erwartet, nimmt er kritische Phänomene ganz gern, es wenn man das eher ungern machen möchte, lieber gar nicht erst bei den drei Sachen mit aufzählen. Hat am Ende die Note bekanntgeben und wie bereits erwähnt nachvollziehbar begründet.Viel Erfolg euch bei eurer Prüfung!