Prüfungsprotokoll 4538
Fach Experimentelle Physik bei Prüfer Klauss und Straessner






















ID 4538
Prüfung für Master
Fach Experimentelle Physik
bei Prüfer Klauss und Straessner
Datum der Prüfung 18.03.2019
Vorbereitung auf die Prüfung Vorstellung von Themen aus dem Skript und Literatur in der Gruppe. Viele Besprechnungen untereinander und Prüfungssituationen simulieren.
Auf folgende Themen haben wir uns vorbereitet: Symmertriebrechnung, Streuung (elastisch, inelastisch, quasielastisch), Landau-Ginzburg/Supraleiter , Zustandsmischungen und Landau-Zener Kreuzung, Energieskalen (Vergleich zwischen Wasserstoff, Positronium, Charmonium und Kernen)
Art der Vorbereitung Gruppe
Allgemeine Tipps zur Vorbereitung Man sollte sich gegenseitig den Stoff erklären und auch Argumente diskutieren
Verwendete Literatur Skript, Teilchen und Kerne (Povh Rith Zetsche Scholz Rodejohann), auszugsweise Literatur die im Skript empfohlen war
Wie verlief die Prüfung? Entspannte Atmosphäre. Von den Prüfern wurde ein Thema angerissen und man erzählt was man weiß. Rückfragen werden dynamisch gestellt.
Wie reagiert Prüfer, wenn man die Frage nicht gleich beantworten kann? Wenn man eine konkrete Frage/Formel nicht weiß ist das nicht schlimm, solange man den Hinweisen der Prüfer folgen kann. Wichtig ist es alle Themen der Vorlesung verstanden zu haben.
Kommentar zur Benotung Sehr gut (1,0)
Welche Fragen wurden konkret gestellt? 1. Streuung

Wie klassifiziert man Streuprozesse?
- elastisch, inelastisch und quasielastisch; elastisch = keine Änderung der Teilchen; inelastisch = Änderung der Teilchen oder Anregungen; quasielastisch = Nukleonen werden aus dem Kern gelöst

Welche Größen misst man so?
- Energien und Impulse der Streuteilchen und Targetteilchen; Winkelaufgelöster Wirkungsquerschnitt

Zur elastischen Streuung, wie sieht da der Wirkungsquerschnitt aus?
- Rutherford Wirkungsquerschnitt
- q-Abhänigkeit mit 1/q^4[wusste ich an dieser Stelle nicht, ich habe dann davon erzählt, dass Vorwärtsstreuung dominiert, und Rückwärtsstreuung nicht verschwindet]
- zusätzlich noch Formfaktor F(q^2)

Was ist der Formfaktor?
- Fouriertransformierte der Ladungsverteilung
- zeichnen des Formfaktors für eine homogene, harte Kugel (sin(q)/q)

Wie modifiziert sich der reale Wirkungsquerschnitt nun?
- zusätzliche Minima, die aber nicht ganz auf null gehen

Wie können wir das auftreten der Minima erklären?
- Elektron streut wie eine Ebene Welle am Kern, Streuung an verschiedenen Stellen des Kerns erzeugt Phasenverschiebung, welche dann destruktive Interferenz erzeugt

2. Nukleonen und Kerne

Wie sieht denn dann das Potential im Kern aus?
- Woods Saxon Potential gemalt und erklärt (Plateau in der Mitte, aufgeweichter Rand); Plateau dadurch, dass starke Wechselwirkung kurzreichweitig ist und Nukleonen nur Nachbarn "sehen", Potential wird also auch nicht tiefer sondern nur breiter
- Morsepotential für Deuteron; Anziehung durch ein bzw. zwei Pionen Austausch; Yukama Potential aufschreiben (exp(-m*r)/r); Abstoßung durch Überlappung der Quarkwellenfunktionen und Pauliprinzip
- für kleine Kerne, Gausskurve/Harmonischer Oszillator

Wieso gibt es im Woods-Saxon Potential keinen Abstoßungsteil wie im Deuteron-Potential?
- Woods-Saxon ist ein gemitteltes Potential das von den restlichen Nukleonen erzeugt wird

Typische Energien im Kern
- Energieniveaus wachen etwa quadratisch
- 8 MeV Bindungsenergie
- 30...40 MeV Potentialtiefe
- Fermiimpuls [wusste ich nicht den Zahlenwert, wir haben dann nur den Zusammenhang mit Fermienergie diskutiert]
- Streuung an Wasser, wo sieht man da diese Energien


3. Mehrelektronensystem
- Größenordnung für die Feinstruktur im Wasserstoffatom abschätzen
- mit gleicher Formel sollte auch die Spin-Bahn-Wechselwirkung im Kern abgeschätzt werden
- Kopplungsschema bei mehreren Elektronen LS und jj, jeweils erklärt

Welches Kopplungsschema wird wann relevant?
- LS: Coulombabstoßung der Elektronen groß gegen Spin-Bahn-Wechselwirkung
- jj: Spin-Bahn-Wechselwirkung groß gegen Coulomb-Abstoßung

Wie werden z.B. d-Orbitale von sechs Elektronen besetzt?
- 2l+1=5 Orbitale mit je zwei Spinausrichtungen
- Besetzung nach Hundschen Regeln, das Schema wurde gemalt (wie im Chemiunterricht in der Schule)
- Quantenzahlen für L, S und J berechnen (L=2, S=2, J=0...4)

Wie kann die Spin-Bahn-Wechselwirkung noch überwunden werden?
- durch starkes ext. Magnetfeld, anomaler Zeeman-Effekt für n=2 aufgezeichnet undvermiedene Kreuzung
- die zwei Zustände mit m_l+2*m_s=0 vermeiden die Kreuzung, da sie ohne Kopplung entartet wären; die Kopplung ist aber nur bei unendlichen Magnetfeldern komplett weg, daher Kreuzungspunkt im unendlichen

4. Zustandsmischung
- möglichst allgemein am Zwei-Zustandssystem erklärt mit den entsprechenden Gleichungen
- Beispiel des Ammoniakmoleküls im externen elektrischen Feld
- Landau-Zener Tunneln und adiabatischer Übergang erklärt; Tunnel-Wahrscheinlichkeit exp(-|H_12|^2/(dE/dt))

Wo kann man sowas beobachten?
- solares Neutrinodefizit; Energieabhänigkeit der Flavourzustände von der Elektronendichte in der Sonne, diese kreuzen sich dann; erzeugt Elektron-Neutrinos der Sonne können dann durchtunneln, abhängig von der kin. Energie der Neutrinos

Wie misst man eigentlich verschiedene Neutrionflavours?
- Elektron-Neutrino wechselwirkt mit Kernen und ändert z.B. Neutron im Kern zu Proton; dabei entsteht auch ein Elektron
- [wie Myon-Neutrinos wechselwirken wusste ich auf anhieb nicht, dachte erst eigentlich gleich] Energien in Sonne im MeV Bereich; ein Myon kann bei Reaktionen nicht entstehen da Ruhemasse zu hoch; nur neutrale Ströme über Z Boson

5. Symmetriebrechnung
- Beispiel Ferromagnet: Landau Theorie aufgeschrieben und Ordnungsparameter erklärt

Wie bekommt man einen Phasenübergang erster Ordnung?
- Term sechster Ordnung einführen

Was passiert wenn man die Symmetrie explizit bricht durch ext. Magnetfeld?
- aufweichen des Phasenübergangs, kein Knick mehr
- Magnetisierung geht nicht auf null runter sondern nähert sich nur mit 1/T an; Erklärung durch Suszeptibilität eines Paramagneten