Prüfungsprotokoll 4539
Fach Experimentelle Physik bei Prüfer Klauß/Straessner































ID 4539
Prüfung für Master
Fach Experimentelle Physik
bei Prüfer Klauß/Straessner
Datum der Prüfung 19.03.2019
Vorbereitung auf die Prüfung Durcharbeiten der Vorlesung und von Prüfungsprotokollen
Dauer der Vorbereitung so insgesamt 2 Wochen. dabei mit Leuten getroffen und die Themen/Protokolle durchgegangen (ganz entspannt)
Art der Vorbereitung ausschließlich mit anderen
Allgemeine Tipps zur Vorbereitung Alte Prüfungsprotokolle waren sehr hilfreich zu wissen, was so gefragt wird. ANsonsten habe ich mich komplett auf die Vorlesung konzentriert, keine weiteren Quellen, was völlig ausreichend war.
Verwendete Literatur Gar keine.
Wie verlief die Prüfung? Ich hatte häufig die Wahl welches Phänomen ich jetzt anspreche. Sie gaben mir halt ein Themengebiet vor z.B. Symmetriebrechung und ich habe dann selber entschieden, auf welches ich genauer einging.

Es gab ein Glas Wasser zu trinken. Das war voll nett.
Wie reagiert Prüfer, wenn man die Frage nicht gleich beantworten kann? Wie in jedem anderen Protokoll wird man langsam an die Antwort herangeführt. Selbst wenn man falsch 'rät', hatte ich nicht das Gefühl, dass es mir negativ angerechnet wurde. Es wirkte als gelte: Lieber etwas sagen, was vllt plausibel wäre, als keine Antwort zu geben.
Kommentar zur Benotung Sie sind dabei super nett. (1.0)
Allgemein zur Prüfung und Prüfer Straessner hat begonnen und danach hat Klauß mehr und mehr übernommen, je festkörperphysikalischer es wurde.
Was war schwierig an der Prüfung? Zugegebener maßen waren die Fragen manchmal recht ungenau, da sie ja nicht vorgreifen wollten. Es hat geholfen im Kopf zu haben, welche Diagramme und Formeln es so grob gibt zum Thema und, wenn sie nachfragten, dann auf Schlüsselwörter zu hören, war mir da oft nicht sicher was sie genau hören wollten, aber manche Worte in den Fragen, schienen auf etwas hinzuweisen. Dann habe ich einfach losgeredet und das hat geklappt.

Sie meinten auch selber, dass sie so manche Frage stellten, die nicht oder nur am Rand der Vorlesung dran kam. Dann sollte man einfach das Beste daraus machen und versuchen, ihre Hinweise zu verstehen.
Welche Fragen wurden konkret gestellt? Anfangsfrage zum Einstief: Welche formen der Symmetriebrechung gibt es und wo tritt es auf?
Explizite und spontane Symmetriebrechung und was ist da wie Symmetrisch (wie im Coleman-Theorem)

Wo tritt das auf: (da hatte ich die Wahl)

Higgsmechanismus: Also angefangen mit im Standardmodell gibt es keine Massen, diese werden durch den Higgsmechanismus erklärt. Lagrangedichte hingeschrieben und das Potential dazu. Sie wollten unbedingt von der Temperaturabhängigkeit hören und wie es bei höheren Temperaturen ist (massen =0 da keine SSB) und welcher Term dann im Potential abhängig von der Temperatur ist und wie diese Abh. aussieht mit verweis, dass man es wie in anderen Theorien machen kann. (Also wie bei SL mu^2 = konstante*(Tc-T).

Wie sieht denn der Grundzustand in abh. von der Temperatur aus?
Sie wollten dabei ein Diagramm wie beim Ferromagnetismus mit seiner Magnetisierung nur in diesem Fall mit dem Vakuumerwartungswert (Grundzustand) sehen.

Wie kommen damit die Massen zustande? Über die kovariante Ableitung im kin. Term der Lagrangedichte. Also kov. Abl. hingeschrieben und dann mit der Näherung des Potentials (Phy = v + h(x)) ergeben sich dann Massenterme in der Lagrangedichte für die Bosonen, dabei wollten sie wissen wie die Abhängigkeit vom Vakuumerwartungswert ist: linear.

Dann haben sie gemeint dass das Universum ja wie ein Supraleiter des Typs zwei für die schwache Wechelwirkung ist und wollten wissen was damit gemeint ist. Also angefangen mit der magn. eindringtiefe beim Supraleiter und mit der Korrelationslänge, dass sich dann Flussschläuche ergeben. Und dass man das so ähnlich beim Higssmechanismus hat wobei die magnetische Eindringtiefe anstatt mit der Masse des Photons, mit der Masse der W und Z bosonen skaliert,.

Daraufhin wollten sie dass ich noch tiefer auf die Flussschläuche eingehe also das Profil eines Flusschlauches angemalt und dann wollten sie wissen, wie es energetisch aussieht. (hier war die Frage etwas unpräzise formuliert) Ich habe die freie Energie aufgeschrieben und es mit den zwei konkurrierenden Termen erklärt (Supraleitendes Potentialund Bfeld), und dass es für den Supraleitenden Typ II dann zu flussschläuchen kommt, da dann weder Verlust durch die Verdrängung des B-Feldes noch durch die Unterbrechung der SL-Phase für einen großen Bereich zustande kommt, wodurch Flussschläuche energetisch günstger sind.

Dann haben sie mich noch zu Cooperpaaren gefragt und wie man sich das genau vorstellen muss. Zwei Elektronen werden durch Phononen aneinander gebunden. Die beiden Elektronen haben einen entgegengesetzten Impuls mit gleichem Betrag. Daraufhin fragten sie mich, welche Eigenschaft noch diese Charakterisiert. Ich hatte keine Ahnung, worauf sie hinauswollten, also haben sie mich darauf hingewiesen, dass Elektronen ja einen Spin haben. Hier war ich mir nicht sicher und habe dann einfach gesagt, dass sich beide Spins aufheben und das Cooperpaar somit Spin 0 hat. War richtig.

Sie meinten noch, welche Energie denn die Cooperpaarbindung hätte. Wusste ich nicht genau, hab aber im meV bereich geraten, was auch stimmte. Desweiteren fragten sie, wie man denn messen könnte, dass wirklich Phononen die Bindung von Elektronen machen für die Cooperpaare. Das war ganz schön tricky. Sie meinten ,dass man die Frequenz der phononen ändern müsste, um eine Änderung der Ww zu erreichen. Ich dachte erst vllt ändert sich das ja mit der Temperatur oder in dem man externe Felder anlegt, Das stimmte aber nicht. Sie brachten mich dann darauf, dass man den gleichen Supraleiter aber mit unterschiedlichen Isotopen messen könnte. Durch die anderen Massen der Atome ändert sich die Frequenz und damit die Bindung der Cooperpaare.

Als nächstes leiteten sie über zu Zustandmischungen und fragten, wo es denn so etwas gebe. Ich habe dann Ammoniak gewählt. Dabei die beiden Molekülzustände hingeschrieben mit Dipolmoment. Dann den Hamilton mit Offdiagonal Elementen welche zu den neuen Zuständen führen und diese auch aufgeschrieben mit neuen Energien.
Es folgte die Frage, wie man denn zeigen kann dass es diese Zustandmischung gibt. Also habe ich den Maser mit der Strahltrennung erklärt. Inhomogenens E-Feld erzeugt Kraft auf verschiedene Dipole. Dann bringt man das in einen Hohlraumresonator und mit stimulierter Emission erhält man kohärentes Laserlicht.

Sie fragten spezifisch nach der Energie dieses Lichtes: Mikrowellen (da Maser) also im meV Bereich.

Daraufhin wollten sie noch die energetische Betrachtung hören. Da war die Frage etwas verwirrend formuliert, aber es blieb ja nur noch das vermiedene Niveaukreuzungsschema .

Was müsste man den beachten wenn man aus dem E-Feld der Strahltrennung wieder herausgeht? Darf nicht zu schnell gehen, da dann Landau-Zehner-Tunneln stattfindet, was abhängig ist von der Energie-Lücke, aber auch von der Energieänderungsrate.

Dann meinten sie so von wegen: Wo kann man denn diese Übergangswahrscheinlichkeit messen? Das habe ich von magn. Molekülen erzählt. Also z.B. Mn12-Acetat was bei tiefen Temperaturen einen Giant-Spin von 10 besitzt. Kurz die Energie in Abhängigkeit von dem Magnetfeld skizziert und dann mit der Hysteresekurve erklärt, dass man da die Umklappwahrscheinlichkeit messen kann. Das wollten sie genau hören. (dass man pro umklappen misst wie viele von -10 auf +10 oder andersherum gesprungen sind und dass das der Wahrscheinlichkeit entspricht)

Als Nächstes kam eine Frage, mit der ich erst nichts anzufangen wusste. Es ging so ungefähr wie: Was benötigt man denn, damit diese Spinzustände mischen, da Spinzustände ja eigentlich sonst Eigenzustände sind. Dann haben sie wieder etwas von energetisch und symmetrien gesprochen. Das waren wieder Signalworte. Kurz Hamilton skizziert wobei die planare Anisotropie nicht null sein darf, also die planare Anisotropie ist der "Wechselwirkungsterm" der dann zur Mischung führt. Damit waren sie zufrieden.
Und sie fragten noch, wie man diese Mischung denn dann beeinflussen kann. Dabei wollten sie darauf hinaus, dass man mithilfe von Magnetfeldern in der x-y-Ebene genau diese planare Anisotropie beinflusst.

Dann sind sie noch zu Spinwellen übergegangen und wollten die Dispersionsrelation sehen. Die wusste ich aber nicht so recht, also haben sie zuerst die von Phononen haben wollen, dann wie diese am Rand der BZ aussehen (an atomen skizzieren) und skizzieren wie Spinwellen aussehen. Sie wollten noch explizit hören, dass man bei beiden nur infinitesimale Energie brauch um sie anzuregen und sie dabei eine unendlich große Wellenlänge besitzen.
Dann hat Klauß zu spinwellen übergeleitet und gezeigt wie deren Dispersionsrelation dann aussieht. (ungefährt quadratisch also flacher im Koordinatenursprung aber trotzdemgeht sie durch diesen)

Zum Ende die Frage wie man die Dispersionsrelation von Phononen messen kann. Mit Neutronenstreuung, diese kurz erklärt. Warum Neutronen und nicht andere? Elektronenc dringen nicht tief genug in den Festkörper ein um diese gut zu messen und bei Photonen (er meinte man würde es mit Röntgen machen) ist der Energie unterschied in den Photonen dann sehr sehr klein und es spielen noch andere Effekte eine Rolle, Es geht also mit Röntgen, aber das ist nur schwer und bedingt möglich.