Suchergebnis: Katalogdaten im Frühjahrssemester 2012

Physik Master Information
Kernfächer
Theoretische Kernfächer
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0871-00LSolid State TheoryW10 KP4V + 1UM. Sigrist
KurzbeschreibungDiese Vorlesung richtet sich an Studierende der Experimentalphysik und der theoretischen Physik. Sie bietet eine Einführung in wichtige theoretische Konzepte der Festkörperphysik.
LernzielZiel der Vorlesung ist die Entwicklung eines theoretischen Rahmens zum Verständnis grundlegender Phänomene der Festkörperphysik. Dazu gehören Symmetrien, Bandstrukturen, Teilchen-Teilchen Wechselwirkung, Landau Fermi-Flüssigkeiten, sowie spezifische Themen wie Transport, Supraleitung, Magnetismus. Die Übungen unterstützen und illustrieren die Vorlesung durch handwerkliches Lösen spezifischer Probleme. Der Student versteht grundlegende theoretische Konzepte der Festkörperphysik und kann Probleme selbständig lösen. Es werden keine diagrammatischen Techniken behandelt.
InhaltDiese Vorlesung richtet sich an Studierende der Experimentalphysik und der theoretischen Physik. Sie bietet eine Einführung in wichtige theoretische Konzepte der Festkörperphysik. Eine Auswahl aus folgenden Themen ist üblich: Symmetrien und Gruppentheorie, Elektronenstruktur in Kristallen, Isolatoren-Halbleiter-Metalle, Phononen, Wechselwirkungseffekte, (un-)geladene Fermi-Flüssigkeiten, lineare Antworttheorie, kollektive Moden, Abschirmung, Transport in Halbleitern und Metallen, Magnetismus, Mott-Isolatoren, Quanten-Hall-Effekt, Supraleitung.
Skriptin Deutsch
402-0844-00LQuantum Field Theory IIW10 KP3V + 2UT. K. Gehrmann
KurzbeschreibungThe subject of the course is modern applications of quantum field theory with emphasis on the quantization of non-abelian gauge theories.
Lernziel
InhaltThe following topics will be covered:
- path integral quantization
- non-abelian gauge theories and their quantization
- systematics of renormalization, including BRST symmetries,
Slavnov-Taylor Identities and the Callan Symanzik equation
- gauge theories with spontaneous symmetry breaking and
their quantization
- renormalization of spontaneously broken gauge theories and
quantum effective actions
LiteraturM.E. Peskin and D.V. Schroeder,
An introduction to Quantum Field Theory, Perseus (1995).
L.H. Ryder,
Quantum Field Theory, CUP (1996).
S. Weinberg,
The Quantum Theory of Fields (Volume 2), CUP (1996).
M. Srednicki,
Quantum Field Theory, CUP (2006).
402-0394-00LTheoretical Astrophysics and CosmologyW10 KP3V + 2UU. Seljak
KurzbeschreibungThis is the second of a two course series which started with "General Relativity" and continues in the spring with "Theoretical Astrophysics and Cosmology", where the focus will be on applying general relativity to cosmology.
Lernziel
InhaltHere is the rough plan of the topics we plan to cover. The actual pace may vary relative to this plan.

Week 1: overview of homogeneous cosmology I: spacetime geometry, redshift, Hubble law, distances
Week 2: overview of homogeneous cosmology I: dynamics of expansion, accelerated expansion, horizons
Week 3: thermal history of the universe and recombination
Week 4: cosmic microwave background anisotropies I: first look
Week 5: creation of matter: baryogenesis
Week 6: creation of nuclei: nucleosynthesis
Week 7: cold dark matter
Week 8: inflation: homogeneous limit
Week 9: relativistic perturbation theory I
Week 10: relativistic perturbation theory II
Week 11: cosmic microwave background anisotropies II: scalar and tensor modes
Week 12: cosmic microwave background anisotropies III: polarization
Week 13: structure formation
Week 14: gravitational lensing
Week 15: inflation and initial perturbations in the universe
LiteraturSuggested textbooks:
primary textbook: S. Weinberg, Cosmology
secondary textbooks: R. Durrer, The cosmic microwave background
V. Mukhanov: Physical Foundations of Cosmology
E. W. Kolb and M. S. Turner: The Early Universe
S. Carroll: An introduction to General Relativity Spacetime and Geometry
N. Straumann: General relativity with applications to astrophysics
S. Dodelson: Modern Cosmology
A. Liddle and D. Lyth: Cosmological Inflation and Large Scale Structure
Voraussetzungen / Besonderesweb site: http://www.itp.uzh.ch/courses/seljak/phy513.html
Experimentelle Kernfächer
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0702-00LPhenomenology of Particle Physics IIW6 KP2V + 1UM. Dittmar, M. Grazzini
KurzbeschreibungIn PPP II the standard model of particle physics will be developed from the point of view of gauge invariance. The example of QED will introduce the essential concepts. Then we will treat both strong and electroweak interactions. Important examples like deep inelastic lepton-hadron scattering, e+e- -> fermion antifermion, and weak particle decays will be calculated in detail.
Lernziel
402-0264-00LAstrophysics IIW10 KP3V + 2US. Lilly
KurzbeschreibungThe course examines various topics in astrophysics with an emphasis on physical processes occurring in an expanding Universe, from a time about 1 microsecond after the Big Bang, to the formation of galaxies and supermassive black holes within the next billion years.
LernzielThe course examines various topics in astrophysics with an emphasis on physical processes occurring in an expanding Universe. These include the Robertson-Walker metric, the Friedmann models, the thermal history of the Universe after 1 micro-sec including Big Bang Nucleosynthesis, and introduction to Inflation, and the growth of structure through gravitational instability. The observational determination of cosmological parameters is studied in some detail, including the imprinting of temperature fluctuations on the microwave background. Finally, the key physics of the formation of galaxies and the development of black-hole is reviewed, including the way in which the first structures re-ionize the Universe.
Voraussetzungen / BesonderesThis course covers the former Wahlfach course "Cosmology and Large-Scale Structure of the Universe" (402-0377-00L). Therefore it is not allowed to take credits for both courses.

Prior completion of Astrophysics I is recommended but not required.
» Kernfächer (Physik Bachelor) [anrechenbar für Master, sofern nicht schon für Bachelor angerechnet]
Wahlfächer
Physikalische und mathematische Wahlfächer
Auswahl: Festkörperphysik
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0516-10LGroup Theoretical Methods in Solid State PhysicsW12 KP3V + 3UD. Pescia
KurzbeschreibungThis lecture introduces the fundamental concepts of group theory and their representations. The accent is on the concrete applications of the mathematical concepts to practical quantum mechanical problems of solid state physics and other fields of physics rather than on their mathematical proof.
LernzielThe aim of this lecture is to give a fundamental knowledge on the application of symmetry in atoms, molecules and solids. The lecture is intended for students at the master and Phd. level in Physics that would like to have a practical and comprehensive view of the role of symmetry in physics. Students in their third year of Bachelor will be perfectly able to follow the lecture and can use it for their future master curriculuum. Students from other Departement are welcome, but they should have a solid background in mathematics and physics, although the lecture is quite self-contained.
Inhalt1. Groups, Classes, Representation theory, Characters of a representation and theorems involving them.

2. The symmetry group of the Schrödinger equation, Invariant subspaces, Atomic orbitals, Molecular vibrations, Cristal field splitting, Compatibility relations, Band structure of crystals.

3. SU(2) and spin, The double group, The Kronecker Product, The Clebsch-Gordan coefficients, Clebsch-Gordan coeffients for point groups,The Wigner-Eckart theorem and its applications to optical transitions.
SkriptThe copy of the blackboard is made available online.
LiteraturThis lecture is essentially a practical application of the concepts discussed in:

- L.D. Landau, E.M. Lifshitz, Lehrbuch der Theor. Pyhsik, Band III, "Quantenmechanik", Akademie-Verlag Berlin, 1979, Kap. XII
- Ibidem, Band V, "Statistische Physik", Teil 1, Akademie-Verlag 1987, Kap. XIII and XIV.
402-0514-00LModern Topics in Solid State PhysicsW6 KP3GB. Batlogg
KurzbeschreibungAktuelle Themen der Festkörperphysik werden erarbeitet. (z.B.: ORG. SEMICOND., QUANTUM MAGNETS, HIGH TEMP. SUPERCOND., GRAPHENE, NANOTUBES, MOLEC. ELECTRONICS, QUANT. PHASE TRANSITIONS, SPINTRONICS, TOPOLOGISCHE INSULATOREN etc.) Es werden die konzeptionellen Fragen erläutert, die Methoden dargestellt, und auch die Bedeutung der Materialien als Modellsubstanzen aufgezeigt.
LernzielZiel der Veranstaltung ist es, die Studierenden in einige "heisse" Themen der modernen Festkörperphysik einzuführen. Es werden die konzeptionellen Fragen erläutert, die Methoden dargestellt, und auch ein Zugang zu den interessanten Materialien aufgezeigt. Das Wechselspiel zwischen experimentellen und theoretischen Beiträgen wird dargestellt.

Zielpublikum: Interessierte Studierende aus den Gebieten der Physik, der Materialwissenschaften , der interdisziplinären Naturwissenschaften.
InhaltBitte konsultieren Sie die englische Beschreibung. Bitte beachten Sie auch, dass wir am Anfang des Semesters auf die Wünsche der Studierenden eingehen werden und dementsprechend das Programm anpassen werden, und dass wir auf neueste Entwicklungen eingehen.
SkriptIn der Lehrveranstaltung werden ausführliche Unterlagen verteilt.
LiteraturHinweise auf Originalliteratur und auf Uebersichtsarbeiten werden verteilt.
Voraussetzungen / BesonderesDiese Lehrveranstaltung ist für Studierende, die sich mit modernen Themen der Festkörperphysik als ein Hauptgebiet der Physik vertraut machen wollen. Die Lehrmethode legt grossen Wert auf aktives Lernen und auch auf "learning by teaching".
Der Dozent hat ausgiebige Erfahrung auf den angebotenen Spezialgebieten und ist such gerne bereit, auf Wünsche der Studierenden nach weiteren speziellen Themen einzugehen.
Die Unterrichtssprache wird den Wünschen der Studierenden angepasst. (Englisch, Deutsch)
402-0528-12LUltrafast Methods in Solid-State PhysicsW6 KP2V + 1US. Johnson, Y. M. Acremann
KurzbeschreibungThis course provides an overview and a critical examination of currently active experimental methods to study the sub-nanosecond dynamics of solid-state materials in response to strong perturbations.
LernzielThe goal of the course is to enable students to identify and evaluate experimental methods to manipulate and measure the electronic, magnetic and structural properties of solids on the fastest possible time scales. These "ultrafast methods" potentially lead both to an improved understanding of fundamental interactions in condensed matter and to applications in data storage, materials processing and solid-state computing.
InhaltThe topical course outline is as follows:

1. Mechanisms of ultrafast light-matter interaction
- A. Dipole interaction
- B. Displacive excitation of phonons
- C. Impulsive stimulated Raman and Brillouin scattering
- D. Scattering and Diffraction
2. Ultrafast optical-frequency methods
- A. Ellipsometry
- B. Broadband techniques
- C. Harmonic generation
- D. Fluorescence
- E. 2-D Spectroscopies
3. THz-frequency methods
- A. Mid-IR and THz interactions with solids
- B. Difference frequency mixing
- C. Optical rectification
4. Ultrafast VUV and x-ray frequency methods
- A. Photoemission spectroscopy
- B. X-ray absorption spectroscopies
- C. X-ray diffraction
- D. Coherent imaging
5. Electron based methods
- A. Ultrafast electron diffraction
- B. Electron spectroscopies
SkriptWill be distributed.
LiteraturWill be distributed.
Voraussetzungen / BesonderesAlthough the course "Ultrafast Processes in Solids" (402-0526-00L) is useful as a companion to this course, it is not a prerequisite.
402-0318-00LSemiconductor Materials: Characterization, Processing and Devices Information W6 KP2V + 1US. Schön, W. Wegscheider
KurzbeschreibungThis course gives an introduction into the fundamentals of semiconductor materials. The main focus of the second part is on state-of-the-art characterization, semiconductor processing and devices.
LernzielBasic knowledge of semiconductor physics and technology. Application of this knowledge for state-of-the-art semiconductor device processing
InhaltSemiconductor material characterization (ex situ): Structural and chemical methods (XRD, SEM, TEM, EDX, EELS, SIMS), electronic methods (Hall & quantum Hall effect, transport), optical methods (PL, absorption sepctroscopy);
Semiconductor processing: E-beam lithography, optical lithography, structuring of layers and devices (RIE, ICP), thin film deposition (metallization, PECVD, sputtering, ALD);
Semiconductor devices: Bipolar and field effect transistors, semiconductor lasers, other devices
402-0536-00LFerromagnetism: From Thin Films to SpintronicsW6 KP2V + 1UR. Allenspach
KurzbeschreibungFerromagnetism: from Thin Films to Spintronics
LernzielKnowing the most important concepts and applications of ferromagnetism, in particular on the nanoscale (thin films, small structures). Being able to read and understand scientific articles at the front of research in this area. Learn to know how and why a hard disk functions. Learn to condense and present the results of a research articles so that the colleagues understand.
InhaltShort revisit of some fundamental terms from the “Magnetism: From the atom to the solid state" lecture.
Topics: magnetization curves, magnetic domains, magnetic anisotropy; novel effects in ultrathin magnetic films and multilayers: interlayer exchange, spin transport;
magnetization dynamics, spin precession.
Applications: Magnetic data storage, magnetic memories, spin-based electronics, also called spintronics.
SkriptSkripte werden in Vorlesung abgegeben (Skript in Englisch).
Voraussetzungen / BesonderesLanguage: English, or German if all students agree.
402-0544-00LNeutron Scattering in Condensed Matter Physics II Information W6 KP2V + 1UA. Zheludev
KurzbeschreibungThe lecture, building on the basic tools seen during the autumn semester, concentrates on advanced subjects and specific applications: polarized neutrons, phase transitions, defect scattering, superconductivity, small angle scattering and reflectometry, neutron optics. The position of neutron scattering relative to complementary techniques such as mu-Sr and X-ray scattering is also discussed.
LernzielComprehension, based on the lectures of the autumn semester, of the following specific topics: the use of polarized neutrons, phase transitions (critical neutron scattering), selected structure problems (defects, macromolecules, superconductors, charge density distributions...), magnetism, dynamical neutron scattering (neutron optics), small angle scattering and reflectometry. A few examples from the most recent literature will as well be discussed.
Inhalt7. Fluctuation-dissipation theorem
8. Polarized neutrons
9. Phase transitions
11. Neutron optics
12. Superconductors
13. Ferroelectrics
15. Small angle scattering and reflectometry
16. Scattering from gasses
SkriptHandouts will be distributed a the beginning of each lecture.
LiteraturIntrodution to the theory of thermal neutron scattering, G. L. Squires, Dover Publications, INC., Mineola, New York,
ISBN 0-486-69447-X

Theory of neutron scattering from condensed matter, S. W. Lovesey, Clarendon Press, Oxford, ISBN 0-19-852017-4.
402-0596-00LElektronentransport durch Nanostrukturen Information W6 KP2V + 1UT. M. Ihn
KurzbeschreibungDie Vorlesung diskutiert grundlegende Quantenphänomene des Elektronentransports in Nanostrukturen: Drudetheorie, Landauer-Büttiker Theorie, Leitwertquantisierung, Aharonov-Bohm Effekt, schwache Lokalisierung/Antilokalisierung, Schrotrauschen, den integralen und fraktionalen Quantenhalleffekt, Tunneltransport, Coulomb Blockade, kohärente Manipulation von Ladungs- und Spin-Qubits.
Lernziel
SkriptDie Vorlesung basiert auf dem Buch:
T. Ihn, Semiconductor Nanostructures: Quantum States and Electronic Transport, ISBN 978-0-19-953442-5, Oxford University Press, 2010.
Voraussetzungen / BesonderesSolide Grundkenntnisse in Quantenmechanik, Elektrostatik, Quantenstatistik und in Festkörperphysik werden vorausgesetzt.

Studierende des Master in Micro- and Nanosystems sollten mindestens die Vorlesung von David Norris, Introduction to quantum mechanics for engineers gehört haben, und die Prüfung zur Vorlesung Halbleiter Nanostrukturen erfolgreich absolviert haben.

Unterrichtssprache ist Englisch
402-0577-00LQuantum Systems for Information TechnologyW8 KP2V + 2US. Filipp
KurzbeschreibungIntroduction to experimental quantum information processing (QIP). Quantum bits. Coherent Control. Quantum Measurement. Decoherence. Microscopic and macroscopic quantum systems. Nuclear magnetic resonance (NMR) in molecules and solids. Ions and neutral atoms in electromagnetic traps. Charges and spins in quantum dots. Charges and flux quanta in superconducting circuits. Novel hybrid systems.
LernzielIn recent years the realm of quantum mechanics has entered the domain of information technology. Enormous progress in the physical sciences and in engineering and technology has allowed us to envisage building novel types of information processors based on the concepts of quantum physics. In these processors information is stored in the quantum state of physical systems forming quantum bits (qubits). The interaction between qubits is controlled and the resulting states are read out on the level of single quanta in order to process information. Realizing such challenging tasks may allow constructing an information processor much more powerful than a classical computer. The aim of this class is to give a thorough introduction to physical implementations pursued in current research for realizing quantum information processors. The field of quantum information science is one of the fastest growing and most active domains of research in modern physics.
InhaltA syllabus will be provided on the class web server at the beginning of the term (see section 'Besonderes'/'Notice').
SkriptElectronically available lecture notes will be published on the class web server (see section 'Besonderes'/'Notice').
LiteraturQuantum computation and quantum information / Michael A. Nielsen & Isaac L. Chuang. Reprinted. Cambridge : Cambridge University Press ; 2001.. 676 p. : ill.. [004153791].

Additional literature and reading material will be provided on the class web server (see section 'Besonderes'/'Notice').
Voraussetzungen / BesonderesThe class will be taught in English language.

Basic knowledge of quantum mechanics is required, prior knowledge in atomic physics, quantum electronics, and solid state physics is advantageous.

More information on this class can be found on the web site: http://www.solid.phys.ethz.ch/wallraff/content/courses/coursesmain.html
402-0770-00LPhysik mit Myonen: Von der Atomphysik zur FestkörperphysikW6 KP2V + 1UE. Morenzoni
KurzbeschreibungEinführung und Überblick in Myonenphysik. Schwerpunkt auf Anwendungen der polariserten Myonen als mikroskopische magnetische Proben in der Festkörperphysik/Chemie (Myonen Spinrotation und Relaxation Methoden). Beispiele aus aktueller Forschung in Magnetismus, Supraleitung, Halbleiterphysik und aus Untersuchungen von dünnen Filmen und Mehrfachschichten.
LernzielPositive und negative Myonen haben viele Anwendungsmöglichkeit in den verschiedensten Gebieten der Physik. Als Bausteine des Standardmodels spielen sie eine grundlegende Rolle in der Teilchenphysik. Das positive Myon findet Einsatz als mikroskopische magnetische Probe in der Festkörperphysik und als leichtes Proton in der Chemie und negative Myonen und Myonium in der Atom- und Molekularphysik. In dieser Vorlesung wird eine Einführung und ein Überblick von den physikalischen Fragen angeboten, die mit Myonen adressiert werden können und von den Methoden die dabei angewendet werden. Besondere Betonung wird auf die Anwendungen in der Festkörperphysik und Materialforschung gegeben (Myonen Spinrotations- und Relaxationmethoden, muSR). Beispiele aus Forschung in Magnetismus, Supraleitung, Untersuchung von dünnen Filmen. Bestimmung von fundamentalen Konstanten und Präzisionsspektroskopie mit Myonen. Die Vorlesung eignet sich gut für Leuten, die Interesse an einem Praktikum oder an einer Bacheleor/Masterarbeit in Myon Spin Spektroskopie Forschung am Paul Scherrer Institut haben.
InhaltEinführung: Myoneigenschaften, Erzeugung von Myonenstrahlen
Teilchenphysikaspekte: Myon-Zerfall, Messung der magnetischen Anomalie
Hyperfeinwechselwirkung, Myoniumspektroskopie
Grundlagen der Myon Spin Rotation /Relaxation /Resonanz
Statische und dynamische Spin Relaxation
Anwendungen in Magnetismus: Lokale magnetische Felder, Phasenübergänge, Spin-Glas Dynamik
Anwendungen in Supraleitung: Messung der magnetischen Eindringtiefe und Kohärenzlänge, Phasendiagramm von Hochtemperatur Supraleitern, Vortex-Materie
Wasserstoffzustände in Halbleitern
Dünnfilm und Oberflächenuntersuchungen mit niederenergetischen Myonen
SkriptEin Skript (auf Englisch) wird am Anfang jeder Vorlesung verteilt.
siehe auch http://people.web.psi.ch/morenzoni/
Literaturhttp://lmu.web.psi.ch/about/aboutmsr.html#rev
Voraussetzungen / BesonderesDie Lehrveranstaltung kann auf Englisch gehalten werden.
402-0564-00LFestkörperoptik
Findet dieses Semester nicht statt.
W6 KP2V + 1UL. Degiorgi
Kurzbeschreibung
Lernziel
LiteraturF. Wooten, in Optical Properties of Solids, (Academic Press, New York, 1972) and
M. Dressel and G. Gruener, in Electrodynamics of Solids, (Cambridge University Press, 2002).
Auswahl: Quantenelektronik
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0412-12LStrong Field Laser IonizationW4 KP2VA. Landsman
KurzbeschreibungThe course is a theoretical introduction to strong field laser ionization of atoms and molecules. Particular focus will be on tunnel ionization which is behind many recent experiments and applications, both in chemistry and physics.
Lernziel
InhaltThe course is a theoretical introduction to strong field laser
ionization of atoms and molecules. Particular focus will be on tunnel
ionization which is behind many recent experiments and applications,
both in chemistry and physics. Common approaches to analyzing
ionization events will be presented, including Keldysh, Strong-Field
and others. The aim is to both understand ionization from a
theoretical perspective and to put into context recent experimental
results. With this in mind, important phenomena created by strong
field ionization, such as high harmonic generation (HHG) and Rydberg
state creation will be explained. Among the fundamental physics
questions addressed will be the much debated question of tunneling
time in ionization, defining tunneling time and relating it to recent
experimental measurement and theoretical literature.
402-0464-00LOptical Properties of SemiconductorsW6 KP2V + 1UJ. Faist
KurzbeschreibungThe rich physics of the optical properties of semiconductors, as well as the advanced processing available on these material, enabled numerous applications in everyday devices (semiconductor lasers, LEDs) as well as the realization of new physical concepts. This lecture aims at giving an introduction to this topic.
Lernziel
InhaltThe rich physics of the optical properties of semiconductors, as well as the advanced processing available on these material, enabled numerous applications in everyday devices (semiconductor lasers, LEDs) as well as the realization of new physical concepts. This lecture aims at giving an introduction to this topic.
Bulk semiconductors:
- Interband bulk absorption - matrix element, kp approach. Relation to band structure and material
- Semiconductor under electron-hole injection: optical gain
- Low-level excitations: impurity states, excitons
- Free carrier absorption: Drude and quantum model
Quantum wells:
- Optical properties of quantum wells: matrix elements and selection rules
- Carrier dynamics, gain.
- Intersubband absorption
- Introduction to many-body properties
- Some non-linear properties of quantum wells
Quantum structures:
- Microcavities
- Introduction to quantum wires and dots
402-0404-00LLasersystems and ApplicationsW6 KP2V + 1UM. Sigrist
KurzbeschreibungPhysikalische Grundlagen, Daten und Anwendungen verschiedener Laserquellen
LernzielStudierende lernen Charakteristiken und ausgewählte Anwendungen von wichtigen Laserquellen kennen.
InhaltAufbauend auf 'Quantenelektronik I' werden die Charakteristiken spezifischer, hauptsächlich abstimmbarer, Lasersysteme sowie einige aktuelle Laseranwendungen behandelt. Folgende Inhalte sind vorgesehen: Gaslaser, Farbstofflaser, Halbleiterlaser, Festkörperlaser. Laseranwendungen in der Spektroskopie, Analytik, Materialbearbeitung und Medizin.
SkriptF. K. Kneubühl, M. W. Sigrist: "Laser", Teubner+Vieweg, 7. Auflage (2008), ISBN 978-3-8351-0145-6
Voraussetzungen / BesonderesAuf Wunsch der Studierenden kann der Kurs auch in Deutsch gehalten werden.
402-0484-00LFrom Bose-Einstein Condensation to Synthetic Quantum Many-Body SystemsW6 KP2V + 1UT. Esslinger
KurzbeschreibungThe ability to cool dilute gases to nano-Kelvin temperatures provides a unique access to macroscopic quantum phenomena such as Bose-Einstein condensation. This lecture will give an introduction to this dynamic field and insight into the current state of research, where synthetic quantum many-body systems are created and investigated.
LernzielThe lecture is intended to convey a basic understanding for the current research on quantum gases. Emphasis will be put on the connection between theory and experimental observation. It will enable students to read and understand publications in this field.
InhaltThe non-interacting Bose gas
Interactions between atoms
The Bose-condensed state
Elementary excitations
Vortices
Superfluidity
Interference and Correlations
Fermi gases and Fermionic superfluidity
Optical lattices and the connection to solid state physics.
Skriptno script
LiteraturC. J. Pethick and H. Smith, Bose-Einstein condensation in dilute Gases, Cambridge.
Proceedings of the Enrico Fermi International School of Physics, Vol. CXL, ed. M. Inguscio, S. Stringari, and C.E. Wieman (IOS Press, Amsterdam, 1999).
Voraussetzungen / BesonderesFormer course title: "Quantum Gases"
402-0577-00LQuantum Systems for Information TechnologyW8 KP2V + 2US. Filipp
KurzbeschreibungIntroduction to experimental quantum information processing (QIP). Quantum bits. Coherent Control. Quantum Measurement. Decoherence. Microscopic and macroscopic quantum systems. Nuclear magnetic resonance (NMR) in molecules and solids. Ions and neutral atoms in electromagnetic traps. Charges and spins in quantum dots. Charges and flux quanta in superconducting circuits. Novel hybrid systems.
LernzielIn recent years the realm of quantum mechanics has entered the domain of information technology. Enormous progress in the physical sciences and in engineering and technology has allowed us to envisage building novel types of information processors based on the concepts of quantum physics. In these processors information is stored in the quantum state of physical systems forming quantum bits (qubits). The interaction between qubits is controlled and the resulting states are read out on the level of single quanta in order to process information. Realizing such challenging tasks may allow constructing an information processor much more powerful than a classical computer. The aim of this class is to give a thorough introduction to physical implementations pursued in current research for realizing quantum information processors. The field of quantum information science is one of the fastest growing and most active domains of research in modern physics.
InhaltA syllabus will be provided on the class web server at the beginning of the term (see section 'Besonderes'/'Notice').
SkriptElectronically available lecture notes will be published on the class web server (see section 'Besonderes'/'Notice').
LiteraturQuantum computation and quantum information / Michael A. Nielsen & Isaac L. Chuang. Reprinted. Cambridge : Cambridge University Press ; 2001.. 676 p. : ill.. [004153791].

Additional literature and reading material will be provided on the class web server (see section 'Besonderes'/'Notice').
Voraussetzungen / BesonderesThe class will be taught in English language.

Basic knowledge of quantum mechanics is required, prior knowledge in atomic physics, quantum electronics, and solid state physics is advantageous.

More information on this class can be found on the web site: http://www.solid.phys.ethz.ch/wallraff/content/courses/coursesmain.html
402-0498-00LCavity QED and Ion Trap PhysicsW6 KP2V + 1UJ. Home
KurzbeschreibungThis course will cover the physics of systems where harmonic oscillators are coupled to single or multiple spin systems. Experimental realizations include photons trapped in high-finesse cavities and atomic ions trapped by electro-magnetic fields. These approaches have achieved an extraordinary level of quantum control, providing leading technologies for quantum information processing.
LernzielThe objective is to provide a basis for understanding the wide range of research currently being performed on fundamental quantum mechanics with spin-spring systems, including cavity-QED and ion traps. During the course students would expect to gain an understanding of the current frontier of research in these areas, and the challenges which must be overcome to make further advances. This should provide a solid background for tackling recently published research in these fields, including experimental realisations of quantum information processing.
InhaltThis course will cover cavity-QED and ion trap physics, providing links and differences between the two. It aims to cover both theoretical and experimental aspects. In all experimental settings the role of decoherence and the quantum-classical transition is of great importance, and this will therefore form one of the key components of the course.

Topics which will be covered include:

Cavity QED
(atoms/spins coupled to a quantized field mode)
Ion trap
(charged atoms coupled to a quantized motional mode)

Quantum state engineering:
Coherent and squeezed states
Entangled states
Schrodinger's cat states

Decoherence:
The quantum optical master equation
Monte-Carlo wavefunction
Quantum measurements
Entanglement and decoherence

Applications:
Quantum information processing
Quantum sensing
LiteraturS. Haroche and J-M. Raimond "Exploring the Quantum" (required)
M. Scully and M.S. Zubairy, Quantum Optics (recommended)
Voraussetzungen / BesonderesThis course requires a good working knowledge in non-relativistic quantum mechanics. Prior knowledge of quantum optics is recommended but not required.
402-0472-00LMesoscopic Quantum Optics
Findet dieses Semester nicht statt.
W8 KP3V + 1UA. Imamoglu
KurzbeschreibungDescription of open quantum systems using quantum trajectories. Cascaded quantum systems. Decoherence and quantum measurements. Elements of single quantum dot spectroscopy: interaction effects. Spin-reservoir coupling.
LernzielThis course covers basic concepts in mesoscopic quantum optics and builds up on the material covered in the Quantum Optics course. The specific topics that will be discussed include emitter-field interaction in the electric-dipole limit, spontaneous emission, density operator and the optical Bloch equations, quantum optical phenomena in quantum dots (photon antibunching, cavity-QED) and confined spin dynamics.
InhaltDescription of open quantum systems using quantum trajectories. Cascaded quantum systems. Decoherence and quantum measurements. Elements of single quantum dot spectroscopy: interaction effects. Spin-reservoir coupling.
SkriptY. Yamamoto and A. Imamoglu, "Mesoscopic Quantum Optics," (Wiley, 1999).
151-0172-00LDevices and Systems Information W5 KP4GC. Hierold, A. Hierlemann
KurzbeschreibungThe students are introduced to the fundamentals and physics of microelectronic devices as well as to microsystems in general (MEMS). They will be able to apply this knowledge for system research and development and to assess and apply principles, concepts and methods from a broad range of technical and scientific disciplines for innovative products.
LernzielThe students are introduced to the fundamentals and physics of microelectronic devices as well as to microsystems in general (MEMS), basic electronic circuits for sensors, RF-MEMS, chemical microsystems, BioMEMS and microfluidics, magnetic sensors and optical devices, and in particular to the concepts of Nanosystems (focus on carbon nanotubes), based on the respective state-of-research in the field. They will be able to apply this knowledge for system research and development and to assess and apply principles, concepts and methods from a broad range of technical and scientific disciplines for innovative products.
InhaltIntroduction to semiconductors, MOSFET transistors
Basic electronic circuits for sensors and microsystems
Transducer Fundamentals
Chemical sensors and biosensors, microfluidics and bioMEMS
RF MEMS
Magnetic Sensors, optical Devices
Nanosystem concepts
Skripthandouts
402-0486-00LFrontiers of Quantum Gas Research
Findet dieses Semester nicht statt.
W6 KP2V + 1UT. Esslinger
KurzbeschreibungThe lecture will discuss the most relevant recent research in the field of quantum gases. Bosonic and fermionic quantum gases with emphasis on strong interactions will be studied. The topics include low dimensional systems, optical lattices and quantum simulation, vortex physics and quantum gases in optical cavities.
LernzielThe lecture is intended to convey an advanced understanding for the current research on quantum gases. Emphasis will be put on the connection between theory and experimental observation. It will enable students to follow current publications in this field.
InhaltQuantum gases in one and two dimensions
Optical lattices, Hubbard physics and quantum simulation
Vortices
Quantum gases in optical cavities
Skriptno script
LiteraturC. J. Pethick and H. Smith, Bose-Einstein condensation in dilute Gases, Cambridge.
T. Giamarchi, Quantum Physics in one dimension
I. Bloch, J. Dalibard, W. Zwerger, Many-body physics with ultracold gases, Rev. Mod. Phys. 80, 885 (2008)
Proceedings of the Enrico Fermi International School of Physics, Vol. CLXIV, ed. M. Inguscio, W. Ketterle, and C. Salomon (IOS Press, Amsterdam, 2007).
Additional literature will be distributed during the lecture
Voraussetzungen / BesonderesFor two lectures on special topics we will invite external expert lecturers. The exercise classes will be in the form of a Journal Club, in which a student presents the achievements of a recent important research paper.
Additional information will become available on: www.quantumoptics.ethz.ch
Auswahl: Teilchenphysik, Kernphysik
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0738-00LStatistical Methods and Analysis Techniques in Experimental PhysicsW6 KP2V + 3UC. Grab, M. Donegà, C. Regenfus
KurzbeschreibungDie Vorlesung behandelt moderne statistische Methoden, wie sie für die Datenanalyse der Experimentalphysik angewandt werden. In den Übungen werden neben allgemeinen Aufgaben zur Statistik auch selbständige Analysen am Computer von Daten aus echten Experimenten durchgeführt. Die Beispiele und die echten Daten stammen aus dem Gebiet der Teilchenphysik.
LernzielKennenlernen der Methoden und Werkzeuge und Erlernen der Fähigkeit, grosse Datensätze statistisch korrekt analysieren zu können. Lernen, wissenschaftliche Resultate professionell zu präsentieren und zu diskutieren.
InhaltThematische Schwerpunkte
- Moderne Methoden der statistischen Datenanalyse.
- Wahrscheinlichkeitsverteilungen, Fehlerrechnung, Simulationsmethoden, Schätzmethoden, Blindstudien
- Monte Carlo methoden,Konfidenzintervalle, Hypothesentests, Regularisierung, Entfaltung, Moderne multivariate Methoden
- Viele Beispiele aus der Teilchenphysik.

Lernformen
- Vorlesung zu theoretischen Grundlagen.
- Gemeinsame Diskussion von Musterbeispielen;
- Uebungen: spezifische Aufgaben, um das in der VL Behandelte zu vertiefen.
- Die Studierenden fuehren statistische Modell-Rechnungen mithilfe eines ausgewaehlten Programms selbst am Computer durch.
- Gruppenarbeit (zu zweit): Durchfuehren einer eigenen Datenanalyse mit reellen Daten, die aus aktuellen Forschungsprojekten stammen.
- Studierende stellen ihre Arbeiten am Ende vor in einem wissenschaftlichen Vortrag mit Diskussion.
- Direkte Betreuung der Studierenden durch Assistierende waehrend ihrer Auswertearbeit.
SkriptFolien werden auf dem Web zur Verfügung gestellt.
Literatur1) Statistics: A guide to the use of statistical medhods in the Physical Sciences, R.J.Barlow; Wiley Verlag .
2) J Statistical data analysis, G. Cowan, Oxford University Press; ISBN: 0198501552.
3) Statistische und numerische Methoden der Datenanalyse, V.Blobel und E.Lohrmann, Teubner Studienbuecher Verlag.
Voraussetzungen / BesonderesGrundkenntnisse in Kern- und Teilchenphysik vorausgesetzt.
402-0703-00LPhänomenologie der Physik jenseits des Standardmodells Information W6 KP2V + 1UM. Spira, F. Moortgat
KurzbeschreibungNach einer kurzen Einführung in die theoretischen Grundlagen und experimentellen Tests des SM werden u.a. Supersymmetrie, Leptoquarks und extra Dimensionen behandelt. Dabei spielt der phänomenologische Aspekt, d.h. die Suche nach neuen Teilchen und Wechselwirkungen an den existierenden und zukünftigen Teilchenbeschleunigern, eine wesentliche Rolle.
LernzielDas Ziel der Vorlesung ist es, eine Einführung in die verschiedenen theoretischen Konzepte zu geben, welche Lösungsvorschläge sich für die offenen Probeme des Standardmodells (SM) der Teilchenphysik anbieten und damit zur Physik jenseits des SM führen.

Neben den theoretischen Konzepten spielt der phänomenologische Aspekt, d.h. die Suche nach neuen Teilchen und Wechselwirkungen an den existierenden und zukünftigen Teilchenbeschleunigern eine wesentliche Rolle.
InhaltSiehe home-page: http://ihp-lx2.ethz.ch/JenseitsSM/
SkriptSiehe home-page: http://ihp-lx2.ethz.ch/JenseitsSM/
402-0767-00LNeutrino PhysicsW6 KP2V + 1UA. Rubbia
KurzbeschreibungTheoretical basis and selected experiments to determine the properties of neutrinos and their interactions (mass, spin, helicity, chirality, oscillations, interaction with leptons and quarks).
LernzielIntroduction to the physics of neutrinos with special consideration of phenomena connected with neutrino masses.
SkriptScript
LiteraturB. Kayser, F. Gibrat-Debu and F. Perrier, The Physics of Massive Neutrinos, World Scientific Lecture Notes in Physic, Vol. 25, 1989, and newer publications.

N. Schmitz, Neutrinophysik, Teubner-Studienbücher Physik, 1997.

D.O. Caldwell, Current Aspects of Neutrino Physics, Springer.

C. Giunti & C.W. Kim, Fundamentals of Neutrino Physics and Astrophysics, Oxford.
402-0714-00LAstro-Particle Physics II Information W6 KP2V + 1UA. Biland
KurzbeschreibungDiese Vorlesung gibt einen Überblick über die aktuelle Forschung auf dem Gebiet der Astro-Teilchenphysik unter Einbeziehung der verwendeten experimentellen Methoden. Im ersten Semester liegt der Schwerpunkt auf der geladenen kosmischen Strahlung und dem Antimaterieproblem.
Im zweiten Semester werden die ungeladenen Komponenten der kosmischen Strahlung sowie Aspekte der Dunklen Materie behandelt.
LernzielDiese Vorlesung gibt einen Überblick über die aktuelle Forschung auf dem Gebiet der Astro-Teilchenphysik unter Einbeziehung der verwendeten experimentellen Methoden. Im ersten Semester liegt der Schwerpunkt auf der geladenen kosmischen Strahlung und dem Antimaterieproblem.
Im zweiten Semester werden die ungeladenen Komponenten der kosmischen Strahlung (sehr hochenergetische Photonen sowie Neutrinos) sowie Aspekte der Dunklen Materie behandelt.
Inhalta) kurze Zusammenfassung 'Geladene Kosmische Strahlung' (1. Semester)
b) Astronomie mit sehr hochenergetischer Gamma-Strahlung:
- Aktuelle und zukünftige Detektoren für sehr hochenergetische Gamma-Strahlung
- Mögliche Erzeugungsmechanismen fuer sehr hochenergetische Gamma-Strahlung
- Galaktische Quellen: Supernova-Remnants, Pulsar-Wind-Nebel, Mikroquasare, etc.
- Extragalaktische Quellen: Aktive Galaktische Kerne, Gamma-Ray Bursts, Galaxy Cluster
- der Gamma-Strahlen Horizont und seine kosmologische Bedeutung
c) Neutrino-Astronomie:
- atmosphärische, solare, extrasolare und kosmologische Neutrinos
- aktuelle Resultate und zukünftige Experimente
d) Dunkle Materie:
- Hinweise auf die Existenz nicht-barionischer Materie
- Modelle für Dunkle Materie (vor allem: Supersymetrie)
- aktuelle und zukünftige Experimente zur direkten und indirekten Suche nach DM
SkriptSiehe Vorlesungshomepage: http://ihp-lx2.ethz.ch/AstroTeilchen/
LiteraturSiehe Vorlesungshomepage: http://ihp-lx2.ethz.ch/AstroTeilchen/
Voraussetzungen / BesonderesDie Vorlesung kann unabhängig von Astro-Teilchenphysik I besucht werden.
402-0726-12LPhysics of Exotic AtomsW6 KP2V + 1UP. Crivelli
KurzbeschreibungIn this course, we will review the status of physics with exotic atoms including the new exciting advances such as anti-hydrogen magnetic trapping and the recent measurements like the puzzling results of the muonic-hydrogen experiment for the determination of the proton radius.
LernzielThe course will give an introduction on the physics of exotic atoms covering both theoretical and experimental aspects. The focus will be set on the systems which are currently a subject of research in Switzerland: positronium at ETHZ, anti-hydrogen at CERN and muonium, muonic-H and muonic-He at PSI. The course will enable the students to follow recent publications in this field.
InhaltReview of the theory of hydrogen and hydrogen-like atoms
Interaction of atoms with radiation
Hyperfine splitting theory and experiments: Positronium (Ps),
Muonium (Mu) and anti-hydrogen (Hbar)
High precision spectroscopy: Ps, Mu and Hbar
Lamb shift in muonic-H and muonic-He- the proton radius puzzle
Weak and strong interaction tests with exotic atoms
Anti-matter and gravitation
Applications of antimatter
Skriptscript
LiteraturPrecision physics of simple atoms and molecules, Savely G. Karshenboim, Springer 2008

Proceedings of the International Conference on Exotic Atoms (EXA 2008) and the 9th International Conference on Low Energy Antiproton Physics (LEAP 2008) held in Vienna, Austria, 15-19 September 2008 (PART I/II), Hyperfine Interactions, Volume 193, Numbers 1-3 / September 2009

Laser Spectroscopy: Vol. 1 Basic Principles Vol. 2 Experimental Techniques von Wolfgang Demtröder von Springer Berlin Heidelberg 2008
402-0604-00LMaterialanalyse mit kernphysikalischen MethodenW6 KP2V + 1UM. Doebeli
KurzbeschreibungMaterialanalyse mit MeV Ionenstrahlen. Es werden kernphysikalische Techniken vorgestellt, welche die quantitative Untersuchung der Zusammensetzung, Struktur und Spurenelementgehalt von Festkörpern ermöglichen.
LernzielBesucherInnen der Vorlesung lernen die wichtigsten Grundlagen und Methoden der Ionenstrahlanalytik kennen. Sie verstehen, wie Messdaten zu Stande kommen und können experimentelle Spektren interpretieren. Grosse Bedeutung wird auch der Fähigkeit zubemessen, für jedes analytische Problem die adäquate Untersuchungsmethode zu finden.
InhaltPraktische Anwendung kernphysikalischer Methoden in anderen Forschungsgebieten. Schwerpunkt ist die Materialanalyse mit MeV Ionenstrahlen. Es werden Techniken vorgestellt, welche die quantitative Untersuchung der Zusammensetzung, Struktur und Spurenelementgehalt von Festkörpern ermöglichen:

- elastische Kernstreuung (Rutherford Backscattering, Rückstossanalyse)
- (resonante) Kernreaktionsanalyse
- Aktivierungsanalyse
- Ionenstrahl-Channeling zur Untersuchung von Kristalldefekten
- Isotopenproduktion, Neutronenquellen
- MeV-Ionenmikrosonden, abbildende Oberflächenanalyse

Die Vorlesung eignet sich auch für Doktoranden.
SkriptSkript wird verteilt.
Literatur'Fundamentals of Surface and Thin Film Analysis', L.C. Feldman, J.W. Mayer, North Holland 1986.
Voraussetzungen / BesonderesWenn möglich, wird im Rahmen der Vorlesung und Uebungen eine kurze praktische Demonstration im Labor durchgeführt.

Die Vorlesung eignet sich auch für Doktoranden.
Auswahl: Theoretische Physik
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0886-00LEinführung in die QuantenchromodynamikW6 KP2V + 1UM. Spira
KurzbeschreibungEinführung in die theoretischen Aspekte der Quantenchromodynamik, der Theorie der starken Wechselwirkung.
LernzielGrundwissen über perturbative und nicht-perturbative Aspekte der Quantenchromodynamik, das ausreicht, um einfache Berechnungen durchzuführen und die aktuelle Literatur zu verstehen.
InhaltQCD-Lagrangedichte und Feynman-Regeln; laufende QCD-Kopplung und asymptotische Freiheit; Partonmodell; Altarelli-Parisi-Gleichungen; Jets; grundlegende Prozesse; experimentelle Tests an Lepton- und Hadron-Kollidern; Gittereichtheorien; Stromalgebra
402-0888-00LField Theory in Condensed Matter PhysicsW6 KP2V + 1UC. Mudry
KurzbeschreibungThe topics covered in this class are: superfluidity in weakly interacting Bose gas, the random phase approximation to the Coulomb interaction in the Jellium model, superconductivity within the random phase approximation, the renormalization group analysis of non-linear-sigma models and of the Kosterlitz-Thouless transition.
Lernziel
InhaltIn this class I will show, by examples, how field theory can describe some important phenomena in condensed matter physics. The transition from a discrete to a continuum description is illustrated with the one-dimensional Harmonic chain both in classical and quantum mechanics in Lecture 1. Spontaneous symmetry breaking is introduced with the phenomenon of superfluidity for a weakly interacting Bose gas in Lecture 2. Lectures 3 and 4 deal with the physics of screening in the Jellium model for electrons at the level of the random phase approximation. Superconductivity is described within the mean-field and random-phase approximation in Lectures 5 and 6. The Caldeira-Leggett model for dissipation, in the context of a Josephson junction, is treated in Lectures 7 and 8. Classical non-linear-sigma models are introduced in Lecture 9 and their beta functions are calculated explicitly for the O(N)/O(N-1) target manifold in the 2+epsilon expansion in Lectures 9 and 10. The Kosterlitz-Thouless phase transition is discussed in a one-loop renormalization group analysis in Lecture 11. Lecture 12 is devoted to bosonization in (1+1)-dimensional space time.
402-0848-00LAdvanced Field TheoryW6 KP2V + 1UA. Gehrmann-De Ridder
KurzbeschreibungThe course treats the following topics in quantum field theory:

-Chiral symmetry and chiral perturbation theory
-Effective Field Theories
-Axial anomaly
-Topological objects in Field Theory and the early universe
LernzielThe course aims to provide an introduction to selected advanced topics in Quantum Field Theory.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisite: Quantum Field Theory I

Recommended: Quantum Field Theory II (to be attended in parallel)
402-0462-00LAdvanced Topics in Quantum Information TheoryW6 KP2V + 1UM. Christandl, A. Imamoglu, R. Renner
KurzbeschreibungThe course covers a selection of topics that are of current interest in quantum information theory and quantum computation. Particular focus will be put on theoretical concepts that impact future implementations of quantum technologies.
LernzielThe course provides an insight into current research activities in quantum information science.
InhaltThe course covers a selection of topics that are of current interest in quantum information theory and quantum computation. Particular focus will be put on theoretical concepts that impact future implementations of quantum technologies. Topics include quantum state preparation using dissipation, quantum information in many-body systems, topological states and quantum computation, quantum simulation, and the complexity of physical systems.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites are the courses Quantum Mechanics I and II. The course is complementary to the course Quantum Information Theory.
402-0812-00LComputational Statistical Physics Information W8 KP2V + 2UH. J. Herrmann
KurzbeschreibungSimulationsmethoden in der statistischen Physik. Klassische Monte-Carlo-Simulationen: finite-size scaling, Clusteralgorithmen, Histogramm-Methoden. Molekulardynamik-Simulationen: langreichweitige Wechselwirkungen, Ewald-Summation, diskrete Elemente, Parallelisierung.
LernzielDie Vorlesung ist eine Vertiefung von Simulationsmethoden in der statistischen Physik, und daher ideal als Fortführung der Veranstaltung "Introduction to Computational Physics" des Herbstsemesters mit folgenden Schwerpunkten. Klassische Monte-Carlo-Simulationen: finite-size scaling, Clusteralgorithmen, Histogramm-Methoden. Molekulardynamik-Simulationen: langreichweitige Wechselwirkungen, Ewald-Summation, diskrete Elemente, Parallelisierung.
InhaltSimulationsmethoden in der statistischen Physik.
Klassische Monte-Carlo-Simulationen: finite-size scaling, Clusteralgorithmen, Histogramm-Methoden. Molekulardynamik-Simulationen: langreichweitige Wechselwirkungen, Ewald-Summation, diskrete Elemente, Parallelisierung.
402-0810-00LComputational Quantum Physics Information W8 KP2V + 2UM. Troyer
KurzbeschreibungThis course provides an introduction to simulation methods for quantum systems, starting with the one-body problem and finishing with quantum field theory, with special emphasis on quantum many-body systems. Both approximate methods (Hartree-Fock, density functional theory) and exact methods (exact diagonalization, quantum Monte Carlo) are covered.
LernzielThe goal is to become familiar with computer simulation techniques for quantum physics, through lectures and practical programming exercises.
402-0864-00LInstantons in Condensed MatterW6 KP2V + 1UV. Geshkenbein
KurzbeschreibungSolitons
Vortices and Skyrmeons.
Instantons in Quantum Mechanics.
Macroscopic Quantum Tunneling, Josephson Junctions
Dissipative Quantum Tunneling.
Crossover from Quantum to Thermal decay
Hall Tunneling
Tunneling of the Charge Density Waves
Zero-Bias Anomaly
Instantons and Divergencies of Perturbation Theories in High Orders
Tails of Density of States in Random Potential
Lernziel
InhaltSolitons
Vortices and Skyrmeons In XY and Heisenberg Models
Instantons in 1-D Quantum Mechanics, Quantum Tunneling.
Quantum Tunneling in Higher Dimensions, Thin Wall Approximation.
Macroscopic Quantum Tunneling, Josephson Junctions
Dissipative Quantum Tunneling, Caldeira - Leggett Action
Crossover from Quantum to Thermal decay
Hall Tunneling
Tunneling of the Charge Density Waves
Zero-Bias Anomaly
Instantons and Divergencies of Perturbation Theories in High Orders
Tails of Density of States in Random Potential
402-0588-00LComplex Systems: Berechenbares Chaos in dynamischen SystemenW6 KP2V + 1UR. Stoop
KurzbeschreibungEinführung in die Theorie diskreter und kontinuierlicher ein- und mehrdimensionaler dynamischer Systeme: Ausführliche Beschreibung der theoretischen Konzepte, Simulationen in Mathematica, Anwendungen von der Elektronik bis zur Himmelsmechanik.
LernzielChaos in dynamischen Systemen ist untrennbar verbunden mit einer Nichtlinearität in diesen Systemen. Dies beschränkt die Möglichkeiten einer Voraussage des Systemverhaltens mit Mitteln der linearen Analyse erheblich. In der Vorlesung werden die handwerklichen mathematischen Hilfsmittel eingeführt, die erlauben, trotz des chaotischen Verhaltens Aussagen über das Systemverhalten zu machen. Mit Hilfe der Konzepte Lyapunov Exponent, Fraktale Dimension, Invariante Dichte, Frobenius-Perron Gleichung werden Aussagen erreicht über den Horizont der Voraussagbarkeit, die Verteilung der Zustände, die Möglichkeit, solche Systeme mit dem Computer zu simulieren und die Veränderungen, denen solche Systeme unterliegen, wenn man Systemparameter ändert.
Die Vorlesung umfasst gleichermassen analytische wie auch simulationstechnische Gesichtspunkte. Unterlegt wird die Vorlesung in allen wesentlichen Aspekten durch abgegebene Programme, verfasst in der Programmierumgebung Mathematica, zu der eine Kurzeinführung abgegeben wird.
Nach der Vorlesung sollte der Ursprung des komplexen Verhaltens einer Grundmenge von charakteristischen Systemen aus einer theoretischen und praktischen Sicht verstanden sein. Man wird in der Lage sein, neue Systeme, wie sie in allen Bereichen der heutigen Wissenschaft und Technologie auftreten, entsprechend zu analysieren.
InhaltDie Vorlesung bietet eine grundlegende Einführung in chaotische Systeme, welche keinerlei Abstriche an mathematischer Exaktheit macht. Sie umfasst einerseits in ansprechender Tiefe die klassischen theoretischen Gesichtspunkte der dynamischen Systeme, wobei alle wesentlichen Beispiele der Literatur ausführlich behandelt werden. Daneben werden modernere Fragestellungen behandelt, etwa nach der Natur der Berechenbarkeit oder der Verlässlichkeit des Computers.

Zu den Kernphänomenen werden kurze, aber vollständige Programme in der Programmiersprache Mathematica abgegeben, welche leicht zu verstehen und für das individuelle Experimentieren übernehmbar sind. Biographien von historischen Schlüsselpersönlichkeiten bereichern die Vorlesung.
SkriptEs wird ein ausführliches Skript abgegeben.
LiteraturZusätzliche und weiterführende Literatur:

R. Stoop und W.H. Steeb, Berechenbares Chaos in Dynamischen Systemen, Birkhäuser 2006.
A. Lasota and M.C. Mackey, Chaos, fractals, and noise : stochastic aspects of dynamics, Springer 1995
Auswahl: Astronomie
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0372-00LPhysics of Star and Planet Formation Information W6 KP2V + 1UM. R. Meyer
KurzbeschreibungThe course will cover the physics of molecular clouds in the interstellar medium, protostellar collapse, early stellar evolution, circumstellar disk physics, planet formation, and the evolution of planetary systems.
LernzielOur goal is to provide students with an overview of the physics of star and planet formation, exposure to application of physical principles to a novel set of circumstances, as well as highlight current topics of research within the field.
Voraussetzungen / BesonderesThere is some overlap with the former course unit 402-0372-00L Physik der Stern- und Planetenentstehung. Students who received credits for the course unit 402-0372-00L from the spring semester 2009 or before cannot get credit for this course unit. Students are recommended (but not required) to have already taken Astrophysics I (or equivalent) when enrolling in this course.
402-0352-00LAstronomical ObservationsW6 KP2V + 1UH. M. Schmid
KurzbeschreibungAstronomical techniques and observing strategies are presented with a particular emphasis on currently available professional telescopes of the European Southern Observatory.
LernzielThe course shall provide a basic understanding of the potential and limitation of different types of modern astronomical observations for young researchers. The course will present technical aspects which are important to prepare, to carry out and to calibrate different types of astronomical measurements: photometry, spectroscopy, astrometry, polarimetry and others. Many practical examples will be discussed. Also scientific aspects of instrumental projects and observational programs are addressed.
Inhalt1. Introduction: research projects in astronomical observations
2. Observables: electromagnetic radiation, particles
3. Optical telescopes: Opitcs, types, mechanical concepts, examples
4. Detectors: CCDs, IR detectors, basic data reduction steps
5. Photometry: signal extraction, calibration, faint sources, etc.
6. Spectroscopy: spectrographs, calibration, spectral features
7. Polarimetry: measuring principles
8. Speckles and adaptive optics: atmosphere, AO-systems
SkriptNotes will be distributed.
LiteraturAstrophysical Techniques, C.R. Kitchin, 2009 (5th edition), CRC Press
Astronomical Observations, Gordon Walker, 1987, Cambridge University Press (a bit outdated)
402-0370-12LCosmological Structure Formation Information W6 KP2V + 1UA. Refregier
KurzbeschreibungHow did cosmological structures arise from the nearly homogeneous state of the Universe after the Big Bang? This course will cover the physics of the formation of structures in the Universe. After a review of the evolution of the smooth universe, the evolution of cosmological perturbations will be studied along with their initial conditions and current observational probes.
LernzielThe goal of this course is to provide an understanding of the physics of cosmological structure formation, and highlight current research topics.
Voraussetzungen / BesonderesCredits or current enrollment in Astrophysics I and II is recommended but not required.
402-0386-12LComputational AstrophysicsW6 KP2V + 1UJ. Read
KurzbeschreibungWe study computational methods that form the key tools for modern theoretical astrophysics.
LernzielWe study how to solve gravity for many body systems from small stellar clusters up to the Universe as a whole. We then show that the fluid equations can give a good description of gas in the Universe and study numerical methods for solving these. We conclude with a look to the state of the art in computational astrophysics across a range of interesting problems from how stars and galaxies form to calculating the distribution of dark matter in the Universe.
SkriptFull script is available from: http://www.astro.phys.ethz.ch/~jread/lectures.htm
Voraussetzungen / BesonderesExperience of computer programming would be an advantage. We will use python and C as the main languages for the course. However, we will assume no prior knowledge of these languages. Astro I & II or one of the astrophysics masters courses would also be helpful.
Auswahl: Neuroinformatik
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0804-00LNeuromorphic Engineering II Information W6 KP5GT. Delbrück, G. Indiveri, S.‑C. Liu
KurzbeschreibungDiese Vorlesung lehrt die Basis des analogen Chip-Design und Chip-Layout mit Betonung auf Neuromorphe Schaltungen, welche im Herbstsemester in der Vorlesung "Neuromorphic Engineering I" eingeführt werden.
LernzielDiese Vorlesung mit Übungen ermöglicht den Teilnehmern, selbst neuromorphe Schaltungen zu entwerfen und herstellen zu lassen.
InhaltEs werden verschiedene Computerprogramme vorgestellt und benutzt, die zur Simulation, zum Entwurf und zur Entwurfsverifikation von neuromorphen Schaltungen geeignet sind. Anhand von Beispielen wird aufgezeigt, worauf beim Schaltungsentwurf zu achten ist. Nützliche und notwendige Schaltungen werden erklärt und zur Verfügung gestellt. Es werden verschiedenen CMOS-Prozesse erläutert und gezeigt, wie man sie benutzen kann. Gegen Ende des Semesters kann jeder Student eine eigene Schaltung konzipieren und herstellen lassen.
LiteraturS.-C. Liu et al.: Analog VLSI Circuits and Principles; Software-Dokumentation.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: dass die Studenten bereits über die Grundkenntnisse der neuromorphen Schaltungstechnik verfügen, die sie sich am besten in der Vorlesung "Neuromorphic Engineering I" im vorangehenden Herbstsemester erwerben.
402-0823-00LNeurophysicsW6 KP2V + 1UR. Hahnloser
KurzbeschreibungThe focus of this class is the neural code. The goal is to master computational solutions of the neural encoding and decoding problems. Students will develop and apply algorithms on spike data recorded in behaving zebra finches (birds).
LernzielThis course is an introduction to systems neuroscience research for students with a background in quantitative sciences such as physics, mathematics, or engineering sciences. Students who take this course learn about neurophysiology and state-of-art algorithms for analysis of high-resolution brain activity. Programming will be performed in Matlab (Mathworks Inc.).

We investigate how stimulus information is encoded in the spike trains of nerve cells by creating models that predict neural responses to sensory stimuli (encoding problem, sensory systems), as well as models that infer stimulus properties or behavioral features from neural data (decoding problem, motor systems).
InhaltDecoding Problem: We have one or more spike trains and want to predict features of the motor behavior that caused by these spikes. In general, predicting the motor output from only a small number of spike trains is very difficult.

Encoding Problem: Based on a sensory stimulus we want to predict the spike response to it, i.e., we want to derive generative models for neural responses.

Content:
-Introduction to sensory (auditory) and motor coding in single neurons
- probability and estimation theory
- generative and advanced statistical models of brain function (principal component analysis, Hidden Markov Models)
- correlation and spectral analysis
- forward and inverse models (control theory)
- Hebbian learning and reinforcement learning
SkriptExtensive lecture notes will be made available. Original research articles will be distributed.
Literatur- Theoretical Neuroscience by Peter Dayan and Larry Abbott.
- Biophysics of Computation by Chritoph Koch.
- Spikes: Exploring the neural code by Fred Rieke and David Warland et al.
- Spiking Neuron Models by Wulfram Gerstner and Werner Kistler.
- Original research articles, to be selected.
Voraussetzungen / BesonderesKnowledge of standard methods in analysis, algebra and probability theory are highly desirable but not necessary. Students should have programming experience.

Former course title: "Theoretical Neuroscience"
402-0824-00LTheorie, Programmierung und Simulation neuronaler NetzeW6 KP2V + 1UR. Stoop
KurzbeschreibungThemen sind: Graphische Methoden und Spieltheorie (Rückverfolgung, Verbreitung von Zwangsbedingungen), analytische Optimierung (multidimensionale Optimierung, Gleichgewichtspunkte, Gradientenabstieg), neuronale Netze (biologische und biologienahe Modellierung, Spin-System Analogien), evolutionäre Optimierung (genetische Algorithmen und Programmierung), Expertensysteme (Clustering Techniken)
LernzielIm Einführungsteil wird über Spiele das Konzept des gerichteten Graphen eingeführt. Dieses wird unser Leitbild für das Verständnis der verschiedenen Methoden, welche der Kurs behandelt, sein. Als Anwendungen für kontinuierliche Systeme werden die mehrdimensionale Optimierung, die Methode der Lagrange'schen Multiplikatoren und des Gradientenabstiegs und die Simplexoptimierung vorgestellt.
Iterierte Funktionensysteme geben eine Vorstellung davon, wie eine komplexe Energielandschaft aussieht.
Ausgehend von der Entwicklungsgeschichte und Physiologie biologischer neuronaler Netze werden die biophysiknahe Modellierung von Netzwerkelementen und ihre mathematische Idealisierungen verschiedener Grade behandelt.
Die Elemente werden dann zu Netzen zusammengebaut. Die Implementationen der verschiedenen gängigsten neuronalen Netzwerktypen (Perzeptronnetze, Kohonennetze, Hopfieldnetze) werden besprochen und ihre Leistungsfähigkeit untersucht.
Wir zeigen, dass man dieselben Konzepte benützen kann, um effizientes Datenclustering zu erreichen und besprechen die gängigsten Verfahren in diesem Gebiet.
Als Konkurrenzmodelle der neuronalen Netze stellen wir schliesslich genetische Algorithmen und die genetische Programmierung vor.

Die Vorlesung umfasst gleichermassen analytische wie auch simulationstechnische Gesichtspunkte. Unterlegt wird die Vorlesung in allen wesentlichen Aspekten durch abgegebene Programme, verfasst in der Programmierumgebung Mathematica, zu der eine Kurzeinführung abgegeben wird.
Nach der Vorlesung sind Wirkungsweise, Möglichkeiten, Grenzen und bevorzugte Anwendungen von neuronalen Netzen und verwandter Verfahren aus der theoretischen und der praktischen Sicht verstanden. Man ist in der Lage, die Verfahren mit Hilfe der Vorlesungsunterlagen und der verteilten Programme auf neue Probleme, wie sie besonders in Anwendungen in allen Bereichen der heutigen Wissenschaft und Technologie auftreten, erfolgreich anzuwenden.
InhaltBei den neuronalen Netzen handelt es sich um eine wichtige Teilmenge der Methoden der künstlichen Intelligenz. Diese erschliesst zunehmend Gebiete, die mit Methoden der ,,herkömmlichen'' Informatik schlecht fassbar sind und daher bisher weit gehend dem Menschen vorbehalten geblieben sind. Zusätzlich zum Wert solcher Verfahren dadurch, dass sie menschliche Arbeit zu einem gewissen Grad zu ersetzen vermögen, liefern die entwickelten Lösungsansätze und Methoden auch Einsichten in die Hintergründe und Mechanismen des menschlichen Denkens an sich.
Nach Themengebieten geordnet sind dieses die hauptsächlichsten aktuellen Anwendungen:

- Spiele spielen,
- Robotersteuerungen, welche erlauben, Umgebungen wahrzunehmen, um daraus angemessene Aktionen einzuleiten,
- Expertensysteme, welche Spezialwissen und Schlussfolgerungsfähigkeit qualifizierter Fachleute auf einem begrenzten Anwendungsgebiet im Computer
nachbilden,
- maschinelles Lernen, bei dem durch die Benutzung von Eingabeinformationen neues Wissen konstruiert oder vorhandenes Wissen verbessert wird,
- automatisches Programmieren, wo ausgehend von formalen Spezifikationen Programme automatisiert erstellt werden,
- Wahrnehmungsnachbildung, in der menschliche Sinne am Computer nachgebildet werden (insbesondere Sehen (Bilderkennung) und Hören (Spracherkennung)),
- Computerbeweise, in deren Umfeld die automatisierte Herleitung und Verifikation von mathematisch-logischen Formeln und Sätzen behandelt wird.

Der Aufbau der Vorlesung ist wie folgt:

Einleitende Themen sind:
- Graphische Methoden und Spieltheorie (Rückverfolgung, Bedingungsfortpflanzung)
- Analytische Optimierung: Mehrdimensionale Extremalprobleme, Lagrange Multiplikatoren, Gleichgewichte, Gradientenabstieg
Schwergewichtige Themen sind:
- Neuronale Netze aller Art (biologische und biologienahe Modellierung, Spinsystem-Analogien)
- Expertensysteme (Clusteringverfahren)
- Evolutionäre Optimierung (genetische Algorithmen und genetische Programmierung)
SkriptEs wird ein ausführliches Skript abgegeben.
LiteraturZusatzliteratur:

- B. Müller, J. Reinhardt and M.T. Strickland, Neural networks, Springer 1995
- W.-H. Steeb, A. Hardy, and R. Stoop, Problems and Solutions in Scientific Computing, World Scientific 2005
Auswahl: Biophysik, Physikalische Chemie
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
551-0142-00LStructure Determination of Biological Macromolecules by X-ray Crystallography and NMRW6 KP3GT. J. Richmond, F. Allain, D. F. Sargent, G. Wider, K. Wüthrich
KurzbeschreibungDie Vorlesung gibt einen Überblick über experimentelle Methoden zur Strukturaufklärung von Makromolekülen mit atomarer Auflösung.
LernzielEinsicht in die Methodik, Applikationsgebiete und Einschränkungen von zwei Hauptmethoden für die Strukturbestimmung von biologischen Makromolekülen.
InhaltTeil I: Methodik zur Ermittlung der Struktur von Proteinen und makromolekularen Komplexen mittels Röntgendiffraktion von Einkristallen.
Teil II: Methodik der Ermittlung von Proteinstrukturen in Lösung mittels kernmagnetischer Resonanzspektroskopie (NMR). Experimentelle Ansätze zur Charakterisierung der intramolekularen Dynamik von Proteinen.
Literatur1) Wüthrich, K. NMR of Proteins and Nucleic Acids, Wiley-Interscience.
2) Blow, D. Outline of Crystallography for Biologists. Oxford University Press.
Auswahl: Medizinphysik
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0343-00LPhysics Against Cancer: The Physics of Imaging and Treating CancerW6 KP2V + 1UA. J. Lomax, U. Schneider
KurzbeschreibungRadiotherapy is a rapidly developing and technology driven medical discipline that is heavily dependent on physics and engineering. In this lecture series, we will review and describe some of the current developments in radiotherapy, particularly from the physics and technological view point, and will indicate in which direction future research in radiotherapy will lie.
LernzielRadiotherapy is a rapidly developing and technology driven medical discipline that is heavily dependent on physics and engineering. In the last few years, a multitude of new techniques, equipment and technology have been introduced, all with the primary aim of more accurately targeting and treating cancerous tissues, leading to a precise, predictable and effective therapy technique. In this lecture series, we will review and describe some of the current developments in radiotherapy, particularly from the physics and technological view point, and will indicate in which direction future research in radiotherapy will lie. Our ultimate aim is to provide the student with a taste for the critical role that physics plays in this rapidly evolving discipline and to show that there is much interesting physics still to be done.
InhaltThe lecture series will begin with a short introduction to radiotherapy and an overview of the lecture series (lecture 1). Lecture 2 will cover the medical imaging as applied to radiotherapy, without which it would be impossible to identify or accurately calculate the deposition of radiation in the patient. This will be followed by a detailed description of the treatment planning process, whereby the distribution of deposited energy within the tumour and patient can be accurately calculated, and the optimal treatment defined (lecture 3). Lecture 4 will follow on with this theme, but concentrating on the more theoretical and mathematical techniques that can be used to evaluate different treatments, using mathematically based biological models for predicting the outcome of treatments. The role of physics modeling, in order to accurately calculate the dose deposited from radiation in the patient, will be examined in lecture 5, together with a review of mathematical tools that can be used to optimize patient treatments. Lecture 6 will investigate a rather different issue, that is the standardization of data sets for radiotherapy and the importance of medical data bases in modern therapy. In lecture 7 we will look in some detail at one of the most advanced radiotherapy delivery techniques, namely Intensity Modulated Radiotherapy (IMRT). In lecture 8, the two topics of imaging and therapy will be somewhat combined, when we will describe the role of imaging in the daily set-up and assessment of patients. Lecture 9 follows up on this theme, in which a major problem of radiotherapy, namely organ motion and changes in patient and tumour geometry during therapy, will be addressed, together with methods for dealing with such problems. Finally, in lectures 10-11, we will describe in some of the multitude of different delivery techniques that are now available, including particle based therapy, rotational (tomo) therapy approaches and robot assisted radiotherapy. In the final lecture, we will provide an overview of the likely avenues of research in the next 5-10 years in radiotherapy. The course will be rounded-off with an opportunity to visit a modern radiotherapy unit, in order to see some of the techniques and delivery methods described in the course in action.
Voraussetzungen / BesonderesAlthough this course is seen as being complimentary to the Medical Physics I and II course of Dr Mini, no previous knowledge of radiotherapy is necessarily expected or required for interested students who have not attended the other two courses.
402-0342-00LMedizinische Physik II Information W6 KP2V + 1UP. Manser
KurzbeschreibungStrahlenexpositionen im Alltag. Grundlagen des Strahlenschutzes. Erzeugung und Applikation ionisierender Strahlungen zu diagnostischen und therapeutischen Zwecken. Applikationstechniken der Röntgendiagnostik, der Nuklearmedizin (Diagnostik und Therapie) und der Radio-Onkologie (perkutane Strahlenbehandlungen, Brachytherapie). Prinzipien der Strahlenmesstechnik und der klinischen Dosimetrie.
LernzielEinführung in die modernen Verfahren der radiologischen und nuklearmedizinischen Diagnostik sowie der klinischen Strahlenbehandlung von Tumoren
InhaltStrahlenexpositionen im Alltag. Grundlagen des Strahlenschutzes.

Erzeugung und Applikation ionisierender Strahlungen zu diagnostischen und therapeutischen Zwecken. Applikationstechniken der Röntgendiagnostik, der Nuklearmedizin (Diagnostik und Therapie) und der Radio- onkologie (perkutane Strahlenbehandlungen, Brachytherapie). Neue Entwicklungen auf dem Gebiete der Anwendung ionisierender Strahlungen in der Medizin.

Prinzipien der Strahlenmesstechnik und der klinischen Dosimetrie in der Röntgenradiologie, Nuklearmedizin und der Strahlentherapie. Grundlagen zur Planung und Durchführung spezieller Bestrahlungstechniken wie die stereotaktische kleinvolumige Hochpräzisionstherapie und die intensitätsmodulierte Strahlenbehandlung von Tumoren. Prinzipien der Therapie mit schweren Teilchen.
SkriptVorlesungsunterlagen können unter www.ams.unibe.ch heruntergeladen werden
Literatur- Strahlenphysik, Dosimetrie und Strahlenschutz Band 2
H. Krieger, Teubner Verlag (Stuttgart), ISBN 3-519-03067-5 (1998)
- Medizinische Physik 1 & 2
J. Bille, W. Schlegel, Springer Verlag (Berlin), ISBN 3-540-65253-1 (1999)
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Grundlagenvorlesungen über Physik, Medizinische Physik I

Testatbedingung: 80% Veranstaltungsteilnahme
402-0674-00LPhysics in Medical Research: From Atoms to Cells Information W6 KP2V + 1UB. K. R. Müller
KurzbeschreibungScanning probe and diffraction techniques allow studying activated atomic processes during early stages of epitaxial growth. For quantitative description, rate equation analysis, mean-field nucleation and scaling theories are applied on systems ranging from simple metallic to complex organic materials. The knowledge is expanded to optical and electronic properties as well as to proteins and cells.
LernzielThe lecture series is motivated by an overview covering the skin of the crystals, roughness analysis, contact angle measurements, protein absorption/activity and monocyte behaviour.

As the first step, real structures on clean surfaces including surface reconstructions and surface relaxations, defects in crystals are presented, before the preparation of clean metallic, semiconducting, oxidic and organic surfaces are introduced.

The atomic processes on surfaces are activated by the increase of the substrate temperature. They can be studied using scanning tunneling microscopy (STM) and atomic force microscopy (AFM). The combination with molecular beam epitaxy (MBE) allows determining the sizes of the critical nuclei and the other activated processes in a hierarchical fashion. The evolution of the surface morphology is characterized by the density and size distribution of the nanostructures that could be quantified by means of the rate equation analysis, the mean-field nucleation theory, as well as the scaling theory. The surface morphology is further characterized by defects and nanostructure's shapes, which are based on the strain relieving mechanisms and kinetic growth processes.

High-resolution electron diffraction is complementary to scanning probe techniques and provides exact mean values. Some phenomena are quantitatively described by the kinematic theory and perfectly understood by means of the Ewald construction. Other phenomena need to be described by the more complex dynamical theory. Electron diffraction is not only associated with elastic scattering but also inelastic excitation mechanisms that reflect the electronic structure of the surfaces studied. Low-energy electrons lead to phonon and high-energy electrons to plasmon excitations. Both effects are perfectly described by dipole and impact scattering.

Thin-films of rather complex organic materials are often quantitatively characterized by photons with a broad range of wavelengths from ultra-violet to infra-red light. Asymmetries and preferential orientations of the (anisotropic) molecules are verified using the optical dichroism and second harmonic generation measurements. These characterization techniques are vital for optimizing the preparation of medical implants and the determination of tissue's anisotropies within the human body.

Cell-surface interactions are related to the cell adhesion and the contractile cellular forces. Physical means have been developed to quantify these interactions. Other physical techniques are introduced in cell biology, namely to count and sort cells, to study cell proliferation and metabolism and to determine the relation between cell morphology and function.

3D scaffolds are important for tissue augmentation and engineering. Design, preparation methods, and characterization of these highly porous 3D microstructures are also presented.

Visiting clinical research in a leading university hospital will show the usefulness of the lecture series.
Auswahl: Umweltphysik
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
701-1216-00LNumerical Modelling of Weather and ClimateW4 KP3GC. Schär, U. Lohmann
KurzbeschreibungThe guiding principle of this lecture is that students can understand how weather and climate models are formulated from the governing physical principles and how they are used for climate and weather prediction purposes.
LernzielThe guiding principle of this lecture is that students can understand how weather and climate models are formulated from the governing physical principles and how they are used for climate and weather prediction purposes.
InhaltThe course provides an introduction into the following themes: numerical methods (finite differences and spectral methods); adiabatic formulation of atmospheric models (vertical coordinates, hydrostatic approximation); parameterization of physical processes (e.g. clouds, convection, boundary layer, radiation); atmospheric data assimilation and weather prediction; predictability (chaos-theory, ensemble methods); climate models (coupled atmospheric, oceanic and biogeochemical models); climate prediction.

Hands-on experience with simple models will be acquired in the tutorials.
SkriptSlides and lecture notes will be made available at
Link
LiteraturList of literature will be provided.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites: to follow this course, you need some basic background in numerical methods (e.g., "Numerische Methoden in der Umweltphysik", 701-0461-00L)
151-0110-00LCompressible FlowsW4 KP2V + 1UJ.‑P. Kunsch
KurzbeschreibungThemen: Instationäre eindimensionale Unterschall- und Überschallströmungen, Akustik, Schallausbreitung, Überschallströmung mit Stössen und Prandtl-Meyer Expansionen, Umströmung von schlanken Körpern, Stossrohre, Reaktionsfronten (Deflagration und Detonation).
Mathematische Werkzeuge: Charakteristikenverfahren, ausgewählte numerische Methoden.
LernzielIllustration der Physik der kompressiblen Strömungen und Üben der mathematischen Methoden anhand einfacher Beispiele.
InhaltDie Kompressibilität im Zusammenspiel mit der Trägheit führen zu Wellen in einem Fluid. So spielt die Kompressibilität bei instationären Vorgängen (Schwingungen in Gasleitungen, Auspuffrohren usw.) eine wichtige Rolle. Auch bei stationären Unterschallströmungen mit hoher Machzahl oder bei Überschallströmungen muss die Kompressibilität berücksichtigt werden (Flugtechnik, Turbomaschinen usw.).
In dem ersten Teil der Vorlesung wird die Wellenausbreitung bei eindimensionalen Unterschall- und Überschallströmungen behandelt. Es werden sowohl Wellen kleiner Amplitude in akustischer Näherung, als auch Wellen grosser Amplitude mit Stossbildung behandelt.

Der zweite Teil befasst sich mit ebenen stationären Überschallströmungen. Schlanke Körper in einer Parallelströmung werden als schwache Störungen der Strömung angesehen und können mit den Methoden der Akustik behandelt werden. Zu der Beschreibung der zweidimensionalen Überschallumströmung beliebiger Körper gehören schräge Verdichtungsstösse, Prandtl -Meyer Expansionen usw.. Unterschiedliche Randbedingungen (Wände usw.) und Wechselwirkungen, Reflexionen werden berücksichtigt.
Skriptnicht verfügbar
LiteraturEine Literaturliste mit Buchempfehlungen wird am Anfang der Vorlesung ausgegeben.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Fluiddynamik I und II
402-0573-00LAerosols II: Applications in Environment and TechnologyW4 KP2V + 1UC. Marcolli, U. Baltensperger, H. Burtscher
KurzbeschreibungWesentliche Quellen und Senken atmosphärischer Aerosole sowie deren Bedeutung für Mensch und Umwelt werden behandelt. Emissionen von Verbrennungen sowie Massnahmen zu deren Verminderung wie Filter werden diskutiert.
LernzielVermittlung vertiefter Kenntnisse über Aerosole in der Atmosphäre und in der Technik
InhaltAtmosphärische Aerosole:
wesentliche Quellen und Senken, Auswasch- und Depositionsmechanismen, Aggregatzustand, chemische Zusammensetzung, Bedeutung für Mensch und Umwelt, Beeinflussung der Chemie der atmosphärischen Gasphase, Einfluss auf das Erdklima.
Technische Aerosole:
Verbrennungsaerosole, Emissionsminderungstechniken, Aerosolanwendungen in der Technik
SkriptBeilagen werden in der Vorlesung abgegeben.
Literatur- Colbeck I. (ed.) Physical and Chemical Properties of Aerosols, Blackie Academic & Professional, London, 1998.
- Seinfeld, J.H., and S.N. Pandis, Atmospheric chemistry and physics, John Wiley, New York, (1998).
701-1264-00LAtmospheric Physics Lab Work Information W2.5 KP5PO. Stetzer
KurzbeschreibungVersuche aus den Bereichen Atmosphärenphysik, Meteorologie und Aerosolphysik, die im Labor und teilweise im Freien durchgeführt werden.
LernzielDas Praktikum bietet Einblicke in verschiedene Aspekte der Atmosphärenphysik, die anhand von Experimenten erarbeitet werden. Es werden dabei Kenntnisse über Luftbewegungen, die (windabhängige) Verdampfung und Abkühlung, das elektrische Feld der Atmosphäre, sowie die Analyse von Feinstaubpartikeln und deren Einfluss auf die an der Erde gemessene Sonneneinstrahlung erlangt.
InhaltDetails zum Praktikum sind auf der Webseite zum Praktikum (siehe link) zu erfahren.
651-1504-00LSnowcover: Physics and ModellingW4 KP3GM.  Schneebeli, H. Löwe
KurzbeschreibungThe course provides an introduction to the relevant processes and physics required for key cryospheric applications covering snow and firn metamorphism, snow mechanics, wind transport of snow and energy and mass fluxes in the snowcover. The topics are relevant for glaciology, hydrology, atmospheric science, polar climatology and remote sensing.
LernzielThe lecture teaches the physical properties of snow and students learn about processes in and above the snow cover and the significance of snow as a seasonal or permanent land surface.
In particular, the basic properties of snow on macroscopic and microscopic scales are treated as required for a quantitative understanding of phenomena in various disciplines of cryospheric science.
The students understand the processes that lead to the build-up of a stratified snow cover and learn about processes such as metamorphism, densification, heat and mass transfer and their relevance for the transformation of snow and firn.

The students get to know traditional and advanced experimental methods to characterize the snowpack and learn about basic theoretical concepts to describe the processes associated with snow. Possibilities and limitations of current experimental and theoretical concepts are pointed out by discussing current research questions in the field.
InhaltThe topics of the lectures are
- Characteristics and properties of snow
- Basic ice physics, snow mechanics and constitutive laws
- Measurement methods
- Energy- and mass fluxes in snow
- Recrystallization, snow microstructure and metamorphism
- Energy- and mass fluxes at the snow surface
- Wind transport of snow and influence of topography
- Electromagnetic (in particular optical) snow properties
- Snow as a sediment
- Artificial snow
- Modeling of snow
SkriptThe lecture presentation slides, key research articles, own write-ups of key material and selected chapters from the book “Snow and Climate” by Armstrong and Brun are used.
Voraussetzungen / BesonderesA field excursion in Davos is offered: provisional date is Monday, April 16 2012 (Sechseleuten). During the excursion you will use traditional and modern methods to characterize and measure the snowpack, and evaluate the data.
Auswahl: Mathematik
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
401-3532-08LDifferential Geometry IIW10 KP4V + 1UR. Pandharipande
KurzbeschreibungContinuation of Differential Geometry I.
Sard's theorem, degree theory, intersection theory, Poincare-Hopf theorem, Hopf degree theorem.
Differential forms, integration, Stokes' theorem, de Rham cohomology, Gauss-Bonnet theorem.
Lie groups, vector bundles, principal bundles, connections and curvature, Chern-Weil theory, characteristic classes.
LernzielIntroduction to differential geometry and topology.
LiteraturMilnor: "Topology from the Differential Viewpoint"
Guillemin-Pollack: "Differential Topology"
Bott-Tu: "Differential forms in algebraic topology"
401-3462-00LFunctional Analysis IIW10 KP4V + 1UM. Einsiedler
KurzbeschreibungSpectral theory of bounded and unbounded self-adjoint operators. Fourier transform. Distribution theory. Sobolev spaces and elliptic operators. Unitary representations.
LernzielThe objective is to gain familiarity with the spectral theory of operators in Hilbert spaces, with theory of Fourier integrals, and to learn some of the most important applications of this theory.
LiteraturFolland, Real Analysis
Lax, Functional Analysis
401-0674-00LNumerical Methods for Partial Differential Equations
Not meant for students of mathematics.
W8 KP4V + 2U + 1AR. Hiptmair
KurzbeschreibungDerivation, properties, and implementation of fundamental numerical methods for a few key partial differential equations: convection-diffusion, heat equation, wave equation, conservation laws. Implementation in MATLAB in one and two spatial dimensions.
LernzielMain skills to be acquired in this course:
* Ability to implement advanced numerical methods for the solution of partial differential equations efficiently
* Ability to modify and adapt numerical algorithms guided by awareness of their mathematical foundations
* Ability to select and assess numerical methods in light of the predictions of theory
* Ability to identify features of a PDE (= partial differential equation) based model that are relevant for the selection and performance of a numerical algorithm
* Ability to understand research publications on theoretical and practical aspects of numerical methods for partial differential equations.

This course is neither a course on the mathematical foundations and numerical analysis of methods nor an course that merely teaches recipes and how to apply software packages.
Inhalt1 Case Study: A Two-point Boundary Value Problem
1.1 Introduction
1.2 A model problem
1.3 Variational approach
1.4 Simplified model
1.5 Discretization
1.5.1 Galerkin discretization
1.5.2 Collocation
1.5.3 Finite differences
1.6 Convergence
2 Second-order Scalar Elliptic Boundary Value Problems
2.1 Equilibrium models
2.1.1 Taut membrane
2.1.2 Electrostatic fields
2.1.3 Quadratic minimization problems
2.2 Sobolev spaces
2.3 Variational formulations
2.4 Equilibrium models: Boundary value problems
3 Finite Element Methods (FEM)
3.1 Galerkin discretization
3.2 Case study: Triangular linear FEM in two dimensions
3.3 Building blocks of general FEM
3.4 Lagrangian FEM
3.4.1 Simplicial Lagrangian FEM
3.4.2 Tensor-product Lagrangian FEM
3.5 Implementation of FEM
3.5.1 Mesh file format
3.5.2 Mesh data structures
3.5.3 Assembly
3.5.4 Local computations and quadrature
3.5.5 Incorporation of essential boundary conditions
3.6 Parametric finite elements
3.6.1 Affine equivalence
3.6.2 Example: Quadrilaterial Lagrangian finite elements
3.6.3 Transformation techniques
3.6.4 Boundary approximation
3.7 Linearization
4 Finite Differences (FD) and Finite Volume Methods (FV)
4.1 Finite differences
4.2 Finite volume methods (FVM)
5 Convergence and Accuracy
5.1 Galerkin error estimates
5.2 Empirical Convergence of FEM
5.3 Finite element error estimates
5.4 Elliptic regularity theory
5.5 Variational crimes
5.6 Duality techniques
5.7 Discrete maximum principle
6 2nd-Order Linear Evolution Problems
6.1 Parabolic initial-boundary value problems
6.1.1 Heat equation
6.1.2 Spatial variational formulation
6.1.3 Method of lines
6.1.4 Timestepping
6.1.5 Convergence
6.2 Wave equations
6.2.1 Vibrating membrane
6.2.2 Wave propagation
6.2.3 Method of lines
6.2.4 Timestepping
6.2.5 CFL-condition
7 Convection-Diffusion Problems
7.1 Heat conduction in a fluid
7.1.1 Modelling fluid flow
7.1.2 Heat convection and diffusion
7.1.3 Incompressible fluids
7.1.4 Transient heat conduction
7.2 Stationary convection-diffusion problems
7.2.1 Singular perturbation
7.2.2 Upwinding
7.3 Transient convection-diffusion BVP
7.3.1 Method of lines
7.3.2 Transport equation
7.3.3 Lagrangian split-step method
7.3.4 Semi-Lagrangian method
8 Numerical Methods for Conservation Laws
8.1 Conservation laws: Examples
8.2 Scalar conservation laws in 1D
8.3 Conservative finite volume discretization
8.3.1 Semi-discrete conservation form
8.3.2 Discrete conservation property
8.3.3 Numerical flux functions
8.3.4 Montone schemes
8.4 Timestepping
8.4.1 Linear stability
8.4.2 CFL-condition
8.4.3 Convergence
8.5 Higher order conservative schemes
8.5.1 Slope limiting
8.5.2 MUSCL scheme
SkriptLecture slides will be made available to the audience.
LiteraturChapters of the following books provide SUPPLEMENTARY reading
(Detailed references in course material):

* D. Braess. Finite Elements. Cambridge University Press, 2nd edition, 2001.
* S. Brenner and R. Scott. Mathematical theory of finite element methods. Texts in Applied
Mathematics. Springer Verlag, New York, 1994.
* A. Ern and J.-L. Guermond. Theory and Practice of Finite Elements, volume 159 of Applied
Mathematical Sciences. Springer, New York, 2004.
* Ch. Großmann and H.-G. Roos. Numerik partieller Differentialgleichungen. Teubner
Studienbücher Mathematik. Teubner, Stuttgart, 1992.
* W. Hackbusch. Elliptic Differential Equations. Theory and Numerical Treatment, volume 18 of
Springer Series in Computational Mathematics. Springer, Berlin, 1992.
* P. Knabner and L. Angermann. Numerical Methods for Elliptic and Parabolic Partial Differential
Equations, volume 44 of Texts in Applied Mathematics. Springer, Heidelberg, 2003.
* S. Larsson and V. Thomée. Partial Differential Equations with Numerical Methods, volume 45 of
Texts in Applied Mathematics. Springer, Heidelberg, 2003.
* R. LeVeque. Finite Volume Methods for Hyperbolic Problems. Cambridge Texts in Applied Mathematics. Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2002.

However, study of supplementary literature is not important for for following the course.
Voraussetzungen / BesonderesMastery of basic calculus and linear algebra is taken for granted.
Familiarity with fundamental numerical methods (solution methods for linear systems of equations, interpolation, approximation, numerical quadrature, numerical integration of ODEs) is essential.
Coding skills at least in MATLAB are required.

Homework asssignments involve substantial coding, partly based on a finite element MATLAB library. The written examination will be computer based and will comprise coding tasks.
Kontinuumsmechanik und QM II aus Prüfungsblock III (Bachelor 2004)
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0234-00LKontinuumsmechanikW10 KP3V + 2UG. M. Graf
KurzbeschreibungIrreversible thermodynamics near equilibrium: Onsager-Casimir relations, minimum entropy production principle. Thermoelectricity: Seebeck, Peltier and Thomson effects. Statistical mechanics of linear response: Kubo formulae, fluctuation-dissipation theorem. Brownian motion and Langevin equation. Jarzynski identity. Fluctuation theorems far from equilibrium. Open quantum systems and measurement.
LernzielIrreversible thermodynamics near equilibrium: fluctuations, affinities and fluxes, linear response, Onsager-Casimir relations, minimum entropy production principle. Thermoelectricity: Seebeck, Peltier and Thomson effects. Statistical mechanics of linear response: Dispersion relations, Kubo formulae, fluctuation-dissipation theorem. Brownian motion and Langevin equation. Jarzynski identity. Fluctuation theorems far from equilibrium: Evans-Searles and Gallavotti-Cohen. Open quantum systems and measurement: Completely positive maps and Lindbladians, applications to quantum optics.
402-0206-00LQuantenmechanik II Information W8 KP3V + 2UR. Renner
KurzbeschreibungQuantenphysik von Vielteilchensystemen und Quantenstatistik. Grundlegende Konzepte: symmetrisierte Vielteilchenwellenfunktionen für Fermionen und Bosonen, das Pauliprinzip, Bose- und Fermistatistik und die zweite Quantisierung. Anwendungen beinhalten die Beschreibung von Atomen und die Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie.
LernzielQuantenphysik von Vielteilchensystemen und Quantenstatistik. Insbesondere werden grundlegende Konzepte wie das der symmetrisierten Vielteilchenwellenfunktionen für Fermionen und Bosonen, das Pauliprinzip, Bose- und Fermi-Statistik und die zweite Quantisierung diskutiert. Anwendungen beinhalten die Beschreibung von Atomen und die Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie.
InhaltDie Beschreibung identischer Teilchen bedingt die angepasste
Symmetrisierung der Wellenfunktion für Fermionen und Bosonen.
Die Diskussion einfacher Mehrelektronensysteme mündet in die
systematische Beschreibung von fermionischen
Vielteilchenproblemen im Rahmen der zweiten Quantisierung.
Ausserdem werden grundlegende Begriffe der Quantenstatistik
eingeführt. Anwendungen beinhalten die Beschreibung von Atomen und
die Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie.
LiteraturF. Schwabl, Quantenmechanik (Springer)
F. Schwabl, Quantenmechanik fuer Fortgeschrittene (Springer)
J.J. Sakurai, Advanced Quantum mechanics (Addison Wesley)
K. Huang, Statistical mechanics (John Wiley & Sons)
Auswahl: Wahlfächer der Uni Zürich
Dozierende der Uni Zürich empfehlen folgende Lehrveranstaltungen ausdrücklich auch den Studierenden der Physik an der ETH Zürich.
Die entsprechenden Mobilitäts-Kreditpunkte sind nur nach Bewilligung durch den Studienvorsteher anrechenbar. Gesuche nimmt das Studiensekretariat (www.math.ethz.ch/studiensekretariat/staff/amstad) entgegen.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0723-08LFlavour of Quarks and Leptons: Theory and Experiment Information
No enrolment to this course at ETH Zurich. Book the corresponding module directly at the UZH.
W6 KP2V + 2UT. Hurth, O. Steinkamp
KurzbeschreibungThe program covers theoretical and experimental aspects of flavour physics of quarks and leptons. Topics include the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix, particle anti-particle mixing, CP violation in B and kaon decays, electric dipole moments, neutrino masses, lepton flavour violation, new physics search, and experimental techniques at B factories and hadron colliders.
Lernziel
Voraussetzungen / BesonderesFormer course title: "Flavour Physics: Theory and Experiment"
402-0752-00LExperimentelle Astroteilchenphysik
Die Lerneinheit kann nicht an der ETH belegt werden. Das entsprechende Modul muss direkt an der UZH gebucht werden.
W6 KP2V + 2UL. Baudis, A. Biland, C. Regenfus, O. Steinkamp, weitere Dozierende
Kurzbeschreibung
Lernziel
Allgemeine Wahlfächer
Den Studierenden steht das gesamte Lehrangebot der ETH Zürich zur individuellen Auswahl offen - mit folgenden Einschränkungen: Lehrveranstaltungen aus den ersten beiden Studienjahren eines Bachelor-Curriculums der ETH Zürich sowie Lehrveranstaltungen des Pflichtwahlfachs GESS sind nicht als allgemeines Wahlfach anrechenbar.
Die Dozierenden folgender Lehrveranstaltungen empfehlen sie ausdrücklich den Studierenden der Physik. (Für die Lehrveranstaltungen in dieser Liste können Sie die Kategorie "Allgemeine Wahlfächer" direkt in myStudies zuordnen. Für die Kategoriezuordnung anderer zugelassener Lehrveranstaltungen lassen Sie bei der Prüfungsanmeldung "keine Kategorie" ausgewählt und wenden Sie sich nach dem Verfügen des Prüfungsresultates an das Studiensekretariat (www.math.ethz.ch/studiensekretariat/staff/amstad).)
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0981-00LComputer Simulations of Sensory SystemsW3 KP2V + 1UT. Haslwanter
KurzbeschreibungDie Lehrveranstaltung behandelt Computersimulationen vom menschlichen Gehör, Auge, und Gleichgewichtssystem. In der Vorlesung werden die biologisch/mechanischen Grundlagen dieser sensorischen Systeme behandelt. In den Übungen werden diese Simulationen mit MATLAB so umgesetzt, dass der Output der Programme für die Kontrolle echter neuro-sensorischer Prothesen verwendet werden könnte.
LernzielUnsere sensorischen Systeme liefern uns die nötigen Informationen darüber, was „um uns herum“ gerade geschieht. Dazu werden einlaufende mechanische, elektromagnetische, und chemische Signale in die Sprache unseres zentralen Nervensystems, in „Aktionspotentiale“, umgewandelt.
Das Ziel dieser Vorlesung ist die Beschreibung dieser Transformationen, und wie sie mit programmiertechnischen Methoden reproduziert werden können.
So führt unser Gehör zum Beispiel eine „Fourier Transformation“ der einlaufenden Schallwellen durch; das visuelle System ist spezialisiert auf das Auffinden von Kanten in den Bildern, welche von unserer Umgebung auf die Retina projiziert werden; und bei unserem Gleichgewichtssystem kann unter Verwendung von „Steuerungssystemen“ die Umwandlung von linearen und rotatorischen Beschleunigungen in Nervenimpulse elegant beschrieben werden.
In den begleitenden Übungen sollen – unter Zuhilfenahme von MATLAB-Toolboxen – die Funktionsweise von Augen, Ohren, und vom Gleichgewichtssystem so reproduziert werden, dass der Output der Programme als Input für neuro-sensorische Prothesen verwendet werden kann. Solche Prothesen sind im Bereich des auditorischen Systems bereits Routine; beim visuellen System und beim Gleichgewichtssystem sind sie noch in Entwicklung.
Für die Übungen ist ist eine wenigstens rudimentäre Programmiererfahrung-Erfahrung Voraussetzung. Erfahrung mit MATLAB erleichtert die Aufgaben, ist aber nicht unbeding nötig.
InhaltDie folgenden Themen werden in der Vorlesung behandelt:
• Einführung in die Funktionsweise von Nervenzellen.
• Einführung in MATLAB.
•Vereinfachte Simulation von Nervenzellen (Hodgkins-Huxley Modell).
• Beschreibung des menschlichen Gehörs, sowie eine Einführung in die Anwendung von Fourier-Transformationen auf aufgezeichnete Sprachbeispiele.
• Beschreibung des visuellen Systems, wobei sowohl die Funktionsweise der Retina erklärt wird, als auch die Informationsverarbeitung im visuellen Cortex. Die entsprechenden Übungen werden eine Einführung in die Anwendung von digitaler Bildverarbeitung liefern.
• Beschreibung der Funktionsweise unseres Gleichgewichtssystems, und der „Steuerungstheorie“, mit der dieses System elegant beschrieben werden kann. (Dies umfasst die Anwendung von Laplace Transformationen, und die Verwendung des Matlab-Moduls „Simulink“.)
SkriptFür jedes Modul wird ein englisches Skript auf der E-learning Plattform"moodle" zur Verfügung gestellt. Zusaetzlich werden sind Hauptinhalte der Lehrveranstaltung als Wikibook zugaenglich, unter http://en.wikibooks.org/wiki/Biological_Machines
LiteraturFrei zugänglich ist das Wikibook http://en.wikibooks.org/wiki/Biological_Machines

Folgende Bücher sind sehr empfehlenswert:
• L. R. Squire, D. Berg, F. E. Bloom, Lac S. du, A. Ghosh, and N. C. Spitzer. Fundamental Neuroscience, Academic Press - Elsevier, 2008 [ISBN: 978-0-12-374019-9].
Dieses Buch bietet einen ausgezeichneten Gesamtüberblick, von der Funktionsweise von Ionenkanälen bis hin zur neurowissenschaftlichen Beschreibung von Bewusstsein. Zwar wird die Informatik-Seite nicht behandelt; aber das Buch bietet einen sehr guten Überblick über die Funktionsweise unserer sensorischen Systeme. Etwas technischer/schwieriger zu lesen als „Kandel/Schwartz – Principles of Neural Sciences“, aber dafür viel aktueller.
• P Wallisch, M Lusignan, M. Benayoun, T. I. Baker, A. S. Dickey, and N. G. Hatsopoulos. MATLAB for Neuroscientists, Academic Press, 2009.
Kompakt geschrieben; eine kurze Einführung, und ein sehr guter Gesamtüberblick über MATLAB, mit Schwerpunkt auf Anwendungen im Bereich der Neurowissenschaften.
• G. Mather. Foundations of Perception, Psychology Press, 2006 [ISBN: 0-86377-834-8 (hardcover), oder 0-86377-835-6 (paperback)]
Eine gute, allgemeine Einführung in die physiologischen und theoretischen Grundlagen sensorischer Wahrnehmungen.
Voraussetzungen / BesonderesDa ich zur Veranstaltung dieser Vorlesung/Übungen jeweils aus Linz (Österreich) anreisen muss, plane ich die Veranstaltung im Rahmen der vorhandenen Möglichkeiten geblockt (vermutlich jede 2. Woche) durchzuführen.
465-0952-00LMedizinische Optik
Findet dieses Semester nicht statt.
W3 KP2V
KurzbeschreibungErzeugung, Ausbreitung und Detektion von Licht, sowie dessen Anwendung in medizinischer Therapie und Diagnostik.
LernzielVermitteln von Kenntnissen über Strahlquellen und optischer Strahlführung, medizinische Bildgebung, optische Messtechnik und deren spezifischen Anwendung in der Biomedizinischen Technik. Unterschiedliche optische Systeme werden Anhand praktischer Anwendungen in Diagnostik und Therapie diskutiert und die Vor- und Nachteile unterschiedlicher Anwendungsverfahren besprochen.
InhaltDer Lehre der Optik war schon immer stark mit dem Beobachten und Erklären von physiologischen Phänomenen verbunden. So wurden grundlegende Erkenntnisse in der Optik dadurch gewonnen, dass man versuchte die Funktionsweise des menschlichen Auges zu verstehen und zu erklären.

Heute ist die medizinische Optik ein eigenständiger Forschungsbereich der Optik, das sich nicht mehr nur auf die Beobachtung von physiologischen Vorgängen beschränkt, sondern vor allem diagnostische Konzepte und therapeutische Lösungsansätze beinhaltet. Grundvoraussetzung für optische Anwendungen am Menschen sind die physikalischen Eigenschaften des Lichts und dessen Wechselwirkung mit biologischen Gewebe zu kennen.

Im Rahmen der Vorlesung werden physikalische Grundlagen des Lichts, seine Erzeugung und dessen Ausbreitung in optischen Systemen sowie in Gewebestrukturen vermittelt. Die Wechselwirkung des Lichts mit biologischen Materialien bildet die Basis für die Auslegung von optischen Systemen bei unterschiedlichen Anwendungen.

Von der Haut, über das Ohr bis zum Auge werden sowohl bildgebende Verfahren (z.B. optische Kohärenztomographie, optoakustische Bildgebung), also auch therapeutische Massnahmen (z.B. Laserkorrekturen am Auge, photodynamische Therapie) vorgestellt.
Skriptwird im Internet bereitgestellt
Literatur- M. Born, E. Wolf, "Principles of Optics", Pergamon Press
- B.E.A. Saleh, M.C. Teich, "Fundamentals of Photonics", John Wiley and Sons, Inc.
- O. Svelto, "Principles of Lasers", Plenum Press
- J. Eichler, T. Seiler, "Lasertechnik in der Medizin", Springer Verlag
- M.H. Niemz, "Laser-Tissue Interaction", Springer Verlag
- A.J. Welch, M.J.C. van Gemert, "Optical-thermal response of laser-irradiated tissue", Plenum Press
Voraussetzungen / BesonderesLehrsprache Deutsch oder Englisch nach Absprache
101-0690-03LIntroduction to Relativistic and Quantum Lattice Kinetic TheoryW1 KP1VS. Succi
KurzbeschreibungModeling relativistic and quantum fluids has become very important in
solid state and high energy physics. Recent advances have shown that the principal advantages of numerical methods based on lattice kinetic theory, can be extended to quantum and relativistic systems. In this course, these advances will be revised along with an illustration of a few selected examples.
LernzielTo show the basic concepts of the lattice kinetic theory for
relativistic and quantum systems, and recent advances in these areas.
InhaltThe content of the course will be:
8.3.2012: A reminder of relativistic mechanics
9.3.2012: Relativistic kinetic theory
15.3.2012: Fundamentals of Lattice Boltzmann
16.3.2012: Lattice Boltzmann: selected applicatons
22.3.2012: Relativistic lattice Boltzmann (RLB)
23.3.2012: RLB applications: quark-gluon plasmas, grahene, cosmology
29.3.2012: Quantum Lattice Boltzmann: theory
30.3.2012: Quantum Lattice Boltzmann: applications
151-0160-00LNuclear Energy SystemsW4 KP2V + 1UH.‑M. Prasser, I. Günther-Leopold, S. Hirschberg, W. Hummel, T. Williams, P. K. Zuidema
KurzbeschreibungKernenergie und Nachhaltigkeit, Kernbrennstoffherstellung, Energie- und Stoffbilanzen von Kernkraftwerken, Brennstoffwirtschaft, Handhabung abgebrannten Brennstoffs, Wiederaufarbeitung, Entsorgung radioaktiver Abfälle, Auswirkungen radioaktiver Freisetzungen auf die Umwelt.
LernzielDie Studenten erhalten einen Überblick über die physikalischen Grundlagen, die technologischen Prozesse und die Entwicklungstrends in Bereich der gesamten nukleare Energieumwandlungskette. Sie werden in die Lage versetzt, die Potentiale und Risiken der Einbettung der Kernenergie in ein komplexes Energiesystem einzuschätzen.
InhaltMetoden zur Ermittlung der Nachhaltigkeit von Energiesystemen werden beschrieben, mit Hilfe derer die Nachhaltigkeit der Kernenergie im Vergleich zu anderen Energieumwandlungstechnologien untersucht wird. Der Umwelteinfluss des Kernenergiesystems als Ganzes wird diskutiert, spezielle Aufmerksamkeit wird auf die CO2-Emissionen, die CO2-Reduktionskosten sowie die Radioaktivitätsfreisetzungen aus dem Betrieb der Kraftwerke, der Brennstoffkette und dem Endlager gelegt. Die Materialbilanzen unterschiedlicher Varianten des Brennstoffzyklus werden betrachtet. Es wird ein Überblick über den geologischen Ursprung von Kernbrennstoffvorkommen gegeben, Methoden des Uranbergbaus, der Urangewinnung aus dem Erz, der Anreicherung und der Brennelementfertigung werden beschrieben. Desweiteren wird die Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente einschliesslich der modernen Verfahren der Tiefentrennung hochaktiver Abfälle und andere Methoden der Minimierung von Menge und Radiotoxizität des nuklearen Abfalls betrachtet. Das Projekt für ein Endlager radioaktiver Abfälle in der Schweiz wird vorgestellt.
SkriptVorlesungsunterlagen werden verteilt.
151-0156-00LSafety of Nuclear Power Plants Information W4 KP2V + 1UH.‑M. Prasser, W. Kröger
KurzbeschreibungKnowledge about safety concepts and requirements of nuclear power plants and their implementation in deterministic safety concepts and safety systems. Knowledge about behavior under accident conditions and about the methods of probabilistic risk analysis and how to handle results. Basics on health effects of ionizing radiation, radiation protection. Introduction of advanced nuclear systems.
LernzielPrepare students for a deep understanding of safety requirements, concepts and system of nuclear power plants, providing deterministic and probabilistic methods for safety analysis, equiping students with necessary knowledge in the field of nuclear safety recearch, nuclear power plant operation and regulatory activities. Learning about key elements of future nuclear systems.
InhaltPhysical basics, functioning and safety properties of nuclear power plants, safety concepts and their implementation into system requirements and system design, design basis accident and severe accident scenarios and related physical phenomena, methods of probabilistic risk analysis (PRA level 1,2,3) as well as representation and assessment of results; lessons from experienced accidents, health effects of ionizing radiation, legal exposure limits, radiation protection; advanced active and passive safety systems, safety of innovative reactor concepts.
SkriptHand-outs will be distributed
LiteraturKröger, W., Chan, S.-L., Reflexions on Current and Future Nuclear Safety, atw 51 (2006), p.458-469
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites: Recommended in advance (not binding): 151-0163-00L Nuclear Energy Conversion and 151-0153-00L "Reliability of Technical Systems".
151-0166-00LSpecial Topics in Reactor PhysicsW4 KP3GR. Chawla, P. Grimm, K. Mikityuk, S. Pelloni, A. Vasiliev
KurzbeschreibungReactor physics calculations for assessing the performance and safety of nuclear power plants are, in practice, carried out using large computer codes simulating different key phenomena. This course builds on the introductory neutronics course for Nuclear Engineering students and provides a basis for understanding state-of-the-art calculational methodologies in the above context.
LernzielStudents are introduced to advanced aspects of neutronics analysis, radiation transport calculations and reactor dynamics, in the context of current-day and future nuclear power plant systems.
InhaltNeutron transport theory and light water reactor (LWR) lattice calculations. LWR core modeling. Reactor shielding. Fast reactor neutronics and Perturbation theory. Multi-physics, coupled calculations for reactor dynamics. Generation IV fast reactor systems. Plutonium management in LWRs. Neutronics experiments for reactor physics code validation.
SkriptHand-outs will be distributed
LiteraturChapters from various text books on Reactor Theory, Fast Reactors, etc.
151-1906-00LMultiphase Flow Information W4 KP3GP. Rudolf von Rohr, H.‑M. Prasser
KurzbeschreibungGrundlagen zu mehrphasigen Systemen, insbesondere Gas-Flüssig, werden vermittelt. Die charakteristischen Merkmale von Mehrphasenströmungen und die Vorstellungen der Berechnungsmodelle werden zusammengefasst. Weiter wird auf die Rohrströmung, Filmströmung und Blasen-, res Tropfenströmung speziell eingegangen. Messmethoden werden vorgestellt und eine Zusammenfassung über CFD bei Mehrphasensystemen.
LernzielDie Vorlesung vermittelt ein Verständnis der Vorgänge in mehrphasigen Systemen und ermöglicht die Übertragung dieser Phänomene auf verschiedene technische Anwendungen. Aktuelle Beispiele und neue Entwicklungen werden aufgezeigt.
InhaltDie Lehrveranstaltung gibt einen Überblick über folgende Themengebiete, insbesondere Gas/Flüssigkeitssysteme:
Grundlagen mehrphasiger Systeme, Rohrströmungen, Filme, Blasen und Blasensäulen, Tropfen, Messtechnik, Mehrphasensysteme im Mikrobereich, Numerische Verfahren für mehrphasige Strömungen.
SkriptEin Skript ist vorhanden (in deutsch), teilweise englisch
LiteraturKapitelweise wird Fachliteratur empfohlen.
Voraussetzungen / BesonderesDie Grundlagen der Fluiddynamik werden vorausgesetzt.
327-5103-00LNonequilibrium Statistical MechanicsW4 KP2V + 2UH. C. Öttinger
KurzbeschreibungFoundations of nonequilbrium statistical mechanics based on a unified approach, including projection-operator method, linear response theory, fluctuation-dissipation theorem, kinetic theory of gases, Boltzmann's equation, Chapman-Enskog Method, Grad's Moment Expansion, kinetic theory of polymeric liquids, simulation techniques (Monte Carlo, Brownian dynamics, molecular dynamics)
LernzielTo provide, illustrate, and practice the thermodynamic recipes for bridging length and time scales in nonequilibrium systems, including an overview of the roles of various simulation techniques
Inhalt1. Projection-Operator Method: Notation of Classical Mechanics, Ensembles, Projection Operators, Atomistic Expressions, Exact Time-Evolution Equation, Markovian Approximation, Linear Response Theory, Probability Density Approach, Fluctuation-Dissipation Theorem, Relationship Between Coarse-Grained Levels, Quantum Systems
2. Kinetic Theory of Gases: Elementary Kinetic Theory, Mean Free Path, Transport Coefficients, Boltzmann's Equation, Differential Cross Section for Collisions, Projection-Operator Approach, Chapman-Enskog Method, Grad's Moment Expansion, Thirteen-Moment Expansion, Structured Moment Method
3. Simulations: Simulation Philosophy, Understanding Through Simplicity, Overview over Simulation Techniques, Monte Carlo Simulations, Markov Chains, Detailed Balance, Brownian Dynamics, Stochastic Differential Equations, Dilute Polymer Solutions, Molecular Dynamics, Expressions for the Friction Matrix, Verlet-Type Integrators, Rarefied Len¬nard-Jones Gas, Entangled Polymer Melts
SkriptThe course is based on the book "Beyond Equilibrium Thermodynamics"
Literatur1. H. C. Öttinger, Beyond Equilibrium Thermodynamics (Wiley, New York, 2005)
2. R. Kubo, M. Toda, and N. Hashitsume, Statistical Physics II: Nonequilibrium Statistical Mechanics (Springer-Verlag, Berlin 1985)
Voraussetzungen / BesonderesThis course is part of the area of specialization Materials Modeling and Simulation of the master degree program in Materials Science. The course relies on the previous course Nonequilibrium Systems offered in the fall semester or on the corresponding chapters of the book "Beyond Equilibrium Thermodynamics".
327-0506-00LMaterialphysikW2 KP2GJ. F. Löffler, B. Schönfeld, P. Uggowitzer
KurzbeschreibungErweiterte Konzepte der Materialphysik und analytische Beschreibung von materialphysikalischen Fragestellungen.
LernzielAufbauend auf den Vorlesungen 'Einführung in die Materialwissenschaft' und 'Materialwissenschaft I + II' soll ein vertieftes physikalisches Verständnis der Materialwissenschaft erlangt werden.
Inhalt1. Thermische Leerstellen und Diffusion
2. Keimbildung und Wachstum; diffusionskontrollierte und diffusionslose Umwandlungen
3. Spinodale Entmischung und anharmonische Effekte
4. Versetzungsenergie/Stapelfehler; Erholung; Rekristallisation; Erstarrungsvorgänge
SkriptSiehe http://www.metphys.mat.ethz.ch/education/courses/matphysik
Literatur- Jean Philibert, ‘Atom movements - Diffusion and mass transport in solids’ (Les editions de physique, 1991).
- Gernot Kostorz (Editor), ‘Phase Transformations in Materials’ (Wiley-VCH, 2001).
- John D. Verhoeven, ‘Fundamentals of Physical Metallurgy’ (Wiley; ISBN: 0471906166).
- Peter Haasen, ‘Physical Metallurgy’ (Cambridge Univ. Press; ISBN: 0521559251).
327-5102-00LComputational Polymer Physics Information W4 KP2V + 2UE. Del Gado
KurzbeschreibungEinführung in die Methoden der Computersimulation und deren Grundlagen für die Physik und das Materialverhalten einfacher und komplexer Materialien, insbesondere Polymerflüssigkeiten. Diese Veranstaltung richtet sich insbesondere an die HörerInnen des Kurses 402-0809-00L Introduction to Computational Physics. Kenntnis mindestens einer Programmiersprache ist Voraussetzung.
LernzielDas Ziel besteht in der i) Erlernung von Techniken, die in der rechnergestützten Physik für Materialien benötigt werden, und ii) numerischen Lösung von Problemen der Vielteilchenphysik. Im Kurs werden Methoden auf physikalische Probleme der Polymerphysik (inklusive Flüssigkristalle, Gläser, Gele) angewandt, die in der Einführung 402-0809-00L Introduction to Computational Physics erlernt wurden.
InhaltDer Fokus liegt bei den Teilchenmethoden und Mastergleichungen. Techniken wie etwa Monte Carlo, Gleichgewichts- und Nichtgleichgewichts-Molekulardynamik, 'smoothed particle'-Dynamik, dissipative Teilchendynamik, Brownsche Dynamik, 'embedded' Atome, Gitter-Boltzmann werden eingeführt und zur Anwendung gebracht. Master-Gleichungen, Markov-Prozesse, Fokker-Planck-Gleichungen, stochastische Differentialgleichungen bilden einen Schwerpunkt bei den Grundlagen. Substanzen: von einfachen zu strukturierten Fluiden (Gase, Polymere, Ferrofluide, Flüssigkristalle, Metalle, Gläser, Gele).
SkriptEin Script (pdf) wird bereitgestellt.
LiteraturM. Kröger, Models for polymeric and anisotropic liquids (Springer, Berlin, 2005).
Journal-Artikel werden im zur Verfügung gestellt.
Voraussetzungen / BesonderesDie Kenntnis mindestens einer Programmiersprache (matlab, fortran, c++, Mathematica o.ä.) und einer Scriptsprache (ksh, perl, python o.ä.) wird vorausgesetzt.
551-1316-00LCIMST Interdisciplinary Summer School on Bio-Medical Imaging Information Belegung eingeschränkt - Details anzeigen W3 KP6GR. Kroschewski, S. M. Ametamey, Y. Barral, G. Csúcs, F. Helmchen, P. Horvath, T. Ishikawa, B. Kornmann, P. Koumoutsakos, S. Kozerke, M. Peter, M. Rudin, R. Schibli, B. Schuler, M. Stampanoni, G. Székely, R. A. Wepf, M. P. Wolf
KurzbeschreibungThe school will discuss recent progress and current challenges in biological and medical imaging. Topics include computer aided image analysis and modeling. The students will have theoretical training in the form of lectures and practical sessions (either hands-on lab work or lab demonstrations).
LernzielThe students know about the possibilities and limitations of a wide range of modern imaging methods and can propose suitable methods for a given imaging problem.
InhaltThe CIMST (Center for Imaging Science and Technology, a Competence Center of ETH Zurich) summer school discusses recent progress and current challenges in biological and medical imaging. The students will have theoretical training in the form of lectures and practical sessions (either hands-on lab work or lab demonstrations). A specialization on medical or biological imaging will be offered. Some lectures will be given in parallel for life scientists and physical scientists.
Cutting edge techniques using a wide range of imaging mechanisms such as magnetic resonance, positron emission, infrared and optical microscopy, electron microscopy and x-ray imaging will be put in the context of selected biomedical problems. In particular, multimodal and multiscale imaging methods as well as supporting technologies such as computer aided imaging analysis and modeling will be discussed. The school aims to point out possibilities of the integration of different imaging methods.
SkriptNone
Voraussetzungen / BesonderesWe plan to admit about 50 Master or PhD students with background in either biology, chemistry, mathematics, physics, computer or medical science or engineering (Zürich area and from abroad). The school will be taught in English.
Admission will be given via a selection process based on the curriculum vitae, a statement of purpose. For details of the program and the application procedure please consult http://www.cimst.ethz.ch/education/summer_school/12. The application deadline is May 28, 2012. A decision on whether your application is accepted or not will be given in June 2012. Only after a positive decision is received, you may sign in via my-studies in the course.
529-0442-00LAdvanced KineticsW6 KP3GM. Quack, T. Schmidt
KurzbeschreibungGrundlagen fortgeschrittener experimenteller Methoden der Reaktionskinetik (mit zeitaufgelöster UV-VIS-, IR-, EPR- und NMR-Spektroskopie). Kinetische Untersuchungen von Primärprozessen auf Zeitskalen von Attosekunden bis Sekunden in einfachen und komplexen Systemen. Theorie chemischer Reaktionen. Grundlagen der elektrochemischen Kinetik: Elektronentransfer, elementare Prozesse, Elektrokatalyse.
LernzielGrundlagen fortgeschrittener experimenteller Methoden der Reaktionskinetik (mit zeitaufgelöster UV-VIS-, IR-, EPR- und NMR-Spektroskopie). Kinetische Untersuchungen von Primärprozessen auf Zeitskalen von Attosekunden bis Sekunden in einfachen und komplexen Systemen. Theorie chemischer Reaktionen. Grundlagen der elektrochemischen Kinetik: Elektronentransfer, elementare Prozesse, Elektrokatalyse.
InhaltÜberblick über fortgeschrittene Methoden wie z.B. zeitaufgelöste optische Spektroskopie, EPR- und NMR-Spektroskopie, Molekülstrahlmethoden und nicht zeitaufgelöste Spektroskopie zum Studium von chemischen Reaktionen für einfache und komplexe molekulare Systeme sowie für Probleme der Biologie.
Fortgeschrittene Anwendungen der verallgemeinerten Kinetik erster Ordnung. Pauli-Gleichung. Anwendungen einer „Master-Gleichung“ für die Beschreibung des inter- und intramolekularen Energietransfers, von Polymerisationsreaktionen und in der Laserchemie.
Fortgeschrittene Methoden zur Beschreibung der Diffusion und diffusionskontrollierten Reaktionen in Lösungen.
Photochemische Reaktionen und photochemische Primärprozesse.
Quantendynamik von Molekülen als Primärprozess chemischer Reaktionen, Tunnelprozesse, Quantenstreuung, modenselektive Chemie und kohärente Kontrolle. Verallgemeinerte Theorie des Übergangszustandes zur Beschreibung chemischer Elementarreaktionen, statistisches Modell adiabatischer Reaktionskanäle, Variationstheorie des Übergangszustandes.
Review elektrochemischer thermodynamischer Grundlagen, Beschreibung elektrochemischer Kinetik, Butler-Volmer-Gleichung, Tafel-Kinetik, Anwendungen auf einfache Reaktionen, Elektronentransfer, Marcus-Theorie, Grundlagen Elektrokatalyse, elementare Reaktionsschritte, Geschwindigkeits-bestimmende Schritte in Elektrodenreaktion, praktische Beispiele und Anwendungen.
529-0434-00LPhysical Chemistry V: SpectroscopyW4 KP3GH. J. Wörner
KurzbeschreibungAtomspektroskopie: Feinstruktur und Hyperfeinstruktur, Multielektron Atome; Zeitabhängige Quantenmechanik und Störungstheorie: Übergangswahrscheinlichkeiten, Ratengleichungen, Absorption, spontane und stimulierte Emission elektromagnetischer Strahlung; Laser; Symmetrielehre, Auswahlregeln und Erhaltungssätze; Molekülspektroskopie: Vibration und Rotationspektroskopie.
LernzielDie Vorlesung vermittelt Kenntnisse über Atom- und Molekülspektroskopie, wobei sowohl theoretische als auch experimentelle Aspekte behandelt werden. Die Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung und Materie und die Beziehung zwischen Molekülspektren stehen im Vordergrund.
InhaltAtomspektroskopie: Feinstruktur und Hyperfeinstruktur, Multielektron Atome; Zeitabhängige Quantenmechanik und Störungstheorie: Übergangswahrscheinlichkeiten, Ratengleichungen, Absorption, spontane und stimulierte Emission elektromagnetischer Strahlung; Laser; Symmetrielehre, Auswahlregeln und Erhaltungssätze; Molekülspektroskopie: Vibration und Rotationspektroskopie.
Skriptexistiert teilweise und ist auf dem web erhältlich
227-0948-00LMagnetic Resonance Imaging in MedicineW4 KP3GS. Kozerke
KurzbeschreibungIntroduction to magnetic resonance imaging and spectroscopy, encoding and contrast mechanisms and their application in medicine.
LernzielUnderstand the basic principles of signal generation, image encoding and decoding, contrast manipulation and the application thereof to assess anatomical and functional information in-vivo.
InhaltIntroduction to magnetic resonance imaging including basic phenomena of nuclear magnetic resonance; 2- and 3-dimensional imaging procedures; fast and parallel imaging techniques; image reconstruction; pulse sequences and image contrast manipulation; equipment; advanced techniques for identifying activated brain areas; perfusion and flow; diffusion tensor imaging and fiber tracking; contrast agents; localized magnetic resonance spectroscopy and spectroscopic imaging; diagnostic applications and applications in research.
SkriptP. Boesiger, S. Kozerke, D. Meier
Magnetic Resonance Imaging and Spectroscopy (Ed. 3.1.2, 2008)
227-0116-00LVLSI I: von Architektur zu hochintegrierter Schaltung und FPGAW7 KP5GH. Kaeslin, N. Felber
KurzbeschreibungHochintegrierte Schaltungen, Anwendungsspezifische Integrierte Schaltungen sowie Field-Programmable Gate-Arrays verstehen. Beherrschen ihres Front-End Designs vom Architekturentwurf bis hinunter zu Netzlisten auf Gatterniveau. Modellierung und Simulation von Digitalschaltungen mit VHDL. Einsatz automatischer Synthesewerkzeuge zur Erzeugung funktionssicherer Schaltungen.
LernzielHochintegrierte Schaltungen (VLSI chips), Anwendungsspezifische Integrierte Schaltungen (ASIC) sowie Field-Programmable Gate-Arrays (FPGA) verstehen. Ihren inneren Aufbau kennen und passende Einsatzgebiete identifizieren können. Beherrschen des Front-End Designs vom Architekturentwurf bis zu Netzlisten auf Gatterniveau. Modellierung und Simulation von Digitalschaltungen mit VHDL. Gewährleisten des korrekten Verhaltens mithilfe von Simulation, Testbenches, und Assertions. Einsatz automatischer Synthesewerkzeuge zur Erzeugung funktionssicherer VLSI und FPGA Schaltungen. Sammeln von praktischen Erfahrungen mit der Hardwarebeschreibungssprache VHDL sowie mit industriellen Werzeugen zur Entwurfsautomatisierung (EDA).
InhaltDie Lehrveranstaltung befasst sich mit Systemaspekten beim Entwurf von hochintegrierten Schaltungen (VLSI) und mit komplexen programmierbaren Bausteinen (FPGA). Behandelt werden:
- Übersicht über Entwurfsmethoden und Fabrikationstiefen.
- Abstraktionsniveaus der Schaltungsmodellierung.
- Design Flows für VLSI und FPGA.
- Spezialisierte und general purpose Architekturen im Vergleich.
- Erarbeiten von Architekturen zu gegebenen Algorithmen.
- Optimierung von Durchsatz, Schaltungsgrösse und Energieeffizienz mithilfe von Architekturumformungen.
- Hardware-Beschreibungssprachen und zugrundeliegende Konzepte.
- VHDL (IEEE Norm 1076) zur Schaltungssimulation und -synthese.
- Das dazu passende neunwertige Logik-System (IEEE Norm 1164).
- Register-Transfer-Level (RTL) Synthese und ihre Grenzen.
- Evaluation synchroner und asynchroner Schaltungstechniken.
- Ein Plädoyer für synchrone Schaltungstechnik.
- Periodische Ereignisse und das Anceau Diagramm.
- Funktionale Verifikation integrierter Digitalschaltungen.
- Modulare, weitgehend wiederverwendbare Testbenches.
- Assertion-basierte Tests.
- Baublöcke digitaler VLSI Schaltungen.
- Fallstudien und Beispiele, Vergleich von ASICs mit Mikroprozessoren, DSPs und FPGAs.

In den Übungen wird eine digitale Schaltung in VHDL modelliert und eine Testbench für Simulationszwecke geschrieben. Anschliessend werden Netzlisten für VLSI-Schaltungen und FPGAs synthetisiert. Es gelangt ausschliesslich kommerzielle Software führender Anbieter zur Anwendung.
Literatur"Digital Integrated Circuit Design, from VLSI Architectures to CMOS Fabrication" Cambridge University Press, 2008, ISBN 9780521882675.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen:
Grundkenntnisse in Digitaltechnik.

Prüfungen:
Schriftlich im Anschluss an das Vorlesungssemester (FS). Prüfungsaufgaben sind in Englisch vorgegeben, Antworten werden auf Deutsch oder Englisch akzeptiert.

Weiterführende Informationen:
http://www.iis.ee.ethz.ch/stud_area/vorlesungen/vlsi1.en.html
227-0148-00LVLSI III: Test and Fabrication of VLSI CircuitsW6 KP4GN. Felber, H. Kaeslin
KurzbeschreibungBeherrschen von Methoden, Software-Werkzeugen und Apparaturen zum testgerechten Entwurf von VLSI Schaltungen, zum Prüfen fabrizierter digitaler ICs, sowie zur physikalischen Analyse im Fehlerfall. Grundwissen über moderne Halbleitertechnologien.
LernzielBeherrschen von Methoden, Software-Werkzeugen und Apparaturen zum testgerechten Entwurf von VLSI Schaltungen, zum Prüfen fabrizierter digitaler ICs, sowie zur physikalischen Analyse im Fehlerfall. Grundwissen über moderne Halbleitertechnologien.
InhaltDiese letzte von drei Vorlesungen geht auf CMOS Fabrikationstechnologie, die Prüfung, die physikalische Analyse und Verpackungstechnik von VLSI Schaltungen ein. Behandelt werden:
- Auswirkung von Fabrikationsfehlern.
- Abstraktion vom physikalischen Fehlermodell zu solchen auf Transistor- und Gatterniveau.
- Fehlersimulation an grossen ASICs.
- Erzeugung effizienter Testvektoren.
- Verbesserung der Testbarkeit durch eingebaute Testmechanismen.
- Aufbau und Einsatz von IC-Testern.
- Physikalische Analyse von Bauelementen.
- Verpackungsprobleme und Lösungen.
- Formen der industriellen Zusammenarbeit.
- Worauf man beim Einsatz Virtueller Komponenten achten muss.
- Kostenstrukturen der ASIC Entwicklung und Herstellung.
- Anforderungen der Märkte, Entscheidungskriterien sowie Fallbeispiele.
- Heutige deep-submicron CMOS Fabrikationsprozesse.
- Ausblick auf die zukünftige Entwicklung der Halbleitertechnologie.

In den Übungen werden Softwaretools und ASIC-Testgeräte eingesetzt zur Verifikation der Schaltungen nach deren Fabrikation - so weit vorhanden des eigenen ICs aus der Semesterarbeit im 7. Semester. Physikalische Analysemethoden mit professionellem Equipment (AFM, DLTS) vervollständigen die Ausbildung.
SkriptEnglischsprachiges Vorlesungsskript (Dr. N. Felber).
Literatur"Digital Integrated Circuit Design, from VLSI Architectures to CMOS Fabrication" Cambridge University Press, 2008, ISBN 9780521882675 (Dr. H. Kaeslin).
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen:
Grundkenntnisse in digitaler Schaltungstechnik.

Weiterführende Informationen:
http://www.iis.ee.ethz.ch/stud_area/vorlesungen/vlsi3.en.html
227-0158-00LSemiconductor Transport Theory and Monte Carlo Device Simulation Information W4 KP2V + 1UF. Bufler, A. Schenk
KurzbeschreibungZum einen wird die Halbleitertransporttheorie einschliesslich der dafür notwendigen Quantenmechanik behandelt. Zum anderen wird die Boltzmann-Gleichung mit den stochastischen Methoden der Monte Carlo
Simulation gelöst. Die Uebungen betreffen u.a. TCAD-Simulationen von MOSFETs. Die Thematik umfasst
daher theoretische Physik, Numerik und praktische Anwendungen.
LernzielEinerseits soll der Brückenschlag zwischen der mikroskopischen Physik und deren konkreter Anwendung in der Bauelementsimulation aufgezeigt werden, andererseits steht die Vermittlung der dabei zum Einsatz kommenden numerischen Techniken im Vordergrund.
InhaltQuantentheoretische Grundlagen I (Zustandsvektoren, Schrödinger- und Heisenbergbild). Bandstruktur (Bloch-Theorem, eindimensionales periodisches Potential, Zustandsdichte). Pseudopotentialtheorie (Kristallsymmetrien, reziprokes Gitter, Brillouinzone). Semiklassische Transporttheorie (Boltzmann-Transportgleichung [BTG], Streuprozesse, linearer Transport). Monte Carlo Methode (Monte Carlo Simula- tion als Lösungsmethode der BTG, Algorithmus, Erwartungswerte). Implementationsaspekte des Monte Carlo Algorithmus (Diskretisierung der Brillouinzone. Selbststreu- ung nach Rees, Acceptance-Rejection Methode, etc.). Bulk Monte Carlo Simulation (Geschwindigkeits-Feld-Kurven, Teilchengeneration, Energieverteilungen, Transportparameter). Monte Carlo Bauelementesimulation (ohmsche Randbedingungen, MOSFET-Simulation). Quantentheoretische Grundlagen II. (Grenzen der semiklassischen Transporttheorie, quantenmechanische Ableitung der BTG, Markov-Limes).
SkriptVorlesungsskript
227-0390-00LElements of MicroscopyW4 KP3GM. Stampanoni, G. Csúcs, R. A. Wepf
KurzbeschreibungDie Vorlesung fasst sich mit den Grundlagen der Mikroskopie (Wellen Fortpflanzung, Beugung sowie Aberrationen). Lichtmikroskopie in alle ihre Aspekten (Fluoreszenz, Konfokale und Multiphoton), 3D Elektronenmikroskopie sowie tomographische Röntgenmikroskopie werden präsentiert.
LernzielSolide Einführung in die Grundlagen der Mikroskopie, sei es mit sichtbaren Licht, Elektronen oder Röntgenstrahlen.
InhaltWissenschaftliche Arbeit im Naturwissenschaftlichen Gebiet wäre ohne Mikroskopie kaum denkbar. Heutzutage stehen den Forscher extrem kräftige Werkzeuge zur Verfügung um Proben bis auf das atomare Niveau zu untersuchen. Die Vorlesung umfasst eine allgemeine Einführung in die Grundsätze der Mikroskopie, von der Wellenphysik bis zur Entstehung von Bildern. Sie liefert die physikalischen und technischen Grundkenntnisse über Lichtmikroskopie, Elektronenmikroskopie und Röntgenmikroskopie.
Während ausgewählten Übungsstunden im Labor werden hochentwickelten Instrumenten gezeigt und ihre Funktion sowie ihren Potential dargestellt.
LiteraturOnline verfügbar.
227-0434-00LHarmonic Analysis: Theory and Applications in Advanced Signal Processing
Findet dieses Semester nicht statt.
W6 KP2V + 2UH. Bölcskei
KurzbeschreibungEinführung in die Grundlagen der harmonischen Analyse mit Anwendungen in der Signalverarbeitung und in der Informationstheorie.
LernzielEinführung in die Grundlagen der harmonischen Analyse mit Anwendungen in der Signalverarbeitung und in der Informationstheorie.
InhaltElemente der linearen Algebra, Fourier Theorie und Abtasttheoreme, Hilberträume, lineare Operatoren, Frame Theorie, Approximationstheorie, Wavelets, Kurzzeit Fourier Transformation, Gaborentwicklungen, Filterbänke, Transformationskodierung, spärliche Signale, Unschärferelationen, komprimierte Abtastung.
SkriptVorlesungsskript, Übungsaufgaben mit dokumentierten Lösungen.
LiteraturS. Mallat, "A wavelet tour of signal processing", 2n ed., Academic Press, 1999 M. Vetterli and J. Kovacevic, "Wavelets and subband coding", Prentice Hall, 1995 I. Daubechies, "Ten lectures on wavelets", SIAM, 1992 O. Christensen, "An introduction to frames and Riesz bases", Birkhäuser, 2003 M. A. Pinksy, "Introduction to Fourier analysis and wavelets", Brooks/ Cole Series in Advanced Mathematics, 2002.
363-0588-00LEconomic Networks Information W4 KP2V + 1UF. Schweitzer, S. Battiston
KurzbeschreibungThe course provides an overview of the structure and dynamics of economic networks: (i) quantifying network topology, (ii) empirical network analysis, (iii) evolution of networks, (iv) systemic risk in networks, (v) strategic interaction in networks.
Lernziel* the network approach to economic interaction: agents as nodes, interaction as links
* learn about structural properties of classes of networks
* learn about feedback mechanism in the formation of networks
* understand systemic risk as emergent property in economic networks
* learn how cost and benefits shape the strategic interactions of agents
InhaltNetworks matter! This holds for social, but also for economic
networks. Ownership relations, trade, and financial interactions can
all be described in terms of networks. But how do you quantify such
structures? How can you capture their dynamics? And how do you
characterize the importance of specific agents?

This course provides a systematic answer to such questions, by
developing methods and tools which can also be applied to networks in
other areas (infrastructure, communication). In a network approach,
agents (economic entities such as firms, banks) are represented as
nodes, whereas their interactions are represented as links. The first
part of the course, "Network Topology", describes how the link
structures can be quantified. In the second part, "Empirical Analysis
of Networks", such measures are applied to real networks and are
extended to weighted and directed networks. The third part covers
models of "Evolution of Networks", whereas the fourth part addresses
"Systemic Properties of Networks". The latter is important to
understand the emergence of systemic risk, such as the spread of
infection or financial distress. The fifth and last part of the
course, "Strategic Interaction in Networks", addresses a complementary
perspective on network dynamics: the feedback between agent dynamics
and formation of new links. Economic agents strategically decide to
interact with other agents based on costs and benefits. Understanding
such dynamics helps to design optimal mechanisms of network
interaction.
SkriptThe lecture slides are provided as handouts - including notes and literature sources - to registered students only.
All material is to be found on Moodle under

https://moodle-app1.let.ethz.ch/lms/course/view.php?id=766
LiteraturSee handouts. Specific literature is provided for download - for registered students, only.
Voraussetzungen / BesonderesSelf-study tasks (to be solved analytically and by means of computer simulations) are provided as home. Weekly exercises (45 min) are used to discuss selected solutions. Active participation in the exercises is compulsory for participating in the final exam.
363-0543-00LCollective Dynamics of FirmsW3 KP2V + 1UF. Schweitzer
KurzbeschreibungThe course covers particular aspects of industrial organization, that is the stylized facts observed in the collective dynamics of a large number of firms, both from an empricial and a modeling perspective: (I) data analysis and empirics, (II) stochastic growth models, (III) competition and cooperation.
LernzielA successful participant of this course is able to
* analyze empirical data about firms with R to obtain statistical regularities
* explain these regularities using different stochastic models
* understand models for the interaction patterns of firms (competition and cooperation, adoption of common behavior, response to innovations)
* relate these findings to economic theory
* understand the role of minimalistic models in capturing real economic dynamics
InhaltIn this course, we study the collective dynamics observed in a large number of firms, rather than the dynamics of individual firms. The latter is hard to predict and depends on many firm specific factors, ranging from location and taxes to managerial talent. The collective dynamics observed on the aggregate level of a system of firms, however, show some remarkable regularities, many of which can be covered by rather simple models. Examples are the distributions of firm sizes and growth rates, but also specific patterns resulting from profit maximizing behavior.

While the theoretical foundations of firm dynamics are given in the lecture, they are illustrated on a more practical side in weekly exercise classes. Using the statistics software R, the participants analyze real data and build models in self study projects, which they present and jointly discuss.
SkriptThe lecture slides will be available on the Moodle platform for registered students, only.
LiteraturSee handouts. Specific literature is provided for download - for registered students, only.
Voraussetzungen / BesonderesParticipants of the course should have some background in mathematics and statistics and a dedicated interest in formal modeling and computer simulations, and should be motivated to learn about industrial organization from a quantitative perspective.

Self-study tasks are provided as home work for small teams (3-5 members). Weekly exercises (45 min) are used to discuss the solutions. Active participation in solving the self-study tasks is compulsory for participating in the final exam.
701-1236-00LMessmethoden in der MeteorologieW1 KP1VH. Richner
KurzbeschreibungPhysikalische, technische und theoretische Grundlagen der Messung physikalischer Grössen in der Atmosphäre. Überlegungen zur Planung von Messkampagnen und zur Datenauswertung.
LernzielErkennen der spezifischen Probleme bei Messungen in der Atmosphäre unter schwierigen Umweltbedingungen. Kenntnis der verschiedenen Messmethoden, Erarbeiten von Kriterien für die Wahl der optimalen Methode bei gegebener Fragestellung. Finden der optimalen Beobachtungsstrategie bezüglich Wahl des Instrumentes, Beobachtungshäufigkeit, Genauigkeit etc.
InhaltProbleme der Zeitreihenanalyse, Abtasttheorem, Zeitkonstanten und Abtastrate. Theoretische Analyse der verschiedenen Sensoren für Temperatur, Feuchte, Wind und Druck. Diskussion störender Einflüsse auf Messinstrumente, Funktionsweise aktiver und passiver Fernerkundungssysteme. Prinzip der Messung von turbulenten Flüssen (z.B. Wärmefluss) mittels Eddy-Korrelation. Beschreibung der technischen Ausführung von Sensoren und komplexer Messsysteme (Radiosonden, automatische Wetterstationen, Radar, Windprofiler). Demonstration von Instrumenten.
SkriptStudierende können eine Kopie der Vorlesung als englische PDF-Datei herunterladen. Zusätzlich wird ein Auszug aus einem englischsprachigen Skript zum Preis der Kopierkosten angeboten.
Literatur- Emeis, Stefan: Measurement Methods in Atmospheric Sciences, In situ and remote. Bornträger 2010, ISBN 978-3-443-01066-9
- Brock, F. V. and S. J. Richardson: Meteorological Measurement Systems, Oxford University Press 2001, ISBN 0-19-513451-6
- Thomas P. DeFelice: An Introduction to Meteorological Instrumentation and Measurement. Prentice-Hall 2000, 229 p., ISBN 0-13-243270-6
- Fritschen, L.J., Gay L.W.: Environmental Instrumentation, 216 p., Springer, New York 1979.
- Lenschow, D.H. (ed.): Probing the Atmospheric Boundary Layer, 269 p., American Meteorological Society, Boston MA 1986.
- Meteorological Office (publ.): Handbook of Meteorological Instruments, 8 vols., Her Majesty's Stationery Office, London 1980.
- Wang, J.Y., Felton, C.M.M.: Instruments for Physical Environmental measurements, 2 vol., 801 p., Kendall/Hunt Publ. Comp., Dubuque Iowa 1975/76.
Voraussetzungen / BesonderesDie Vorlesung konzentriert sich auf die physikalischen atmosphärischen Grössen, während sich die Vorlesung 701-0234-00 mit den chemischen Grössen beschäftigt. Die beiden Vorlesungen sind komplementär, zusammen vermitteln sie die instrumentellen Grundlagen zu den Praktika 701-0460-00 und 701-1230-00. Die Kontaktzeiten in diesen Praktika sind so abgestimmt, dass der (empfohlene) Besuch der Vorlesungen möglich ist.

Voraussetzungen: Atmosphärenphysik I und II
701-0234-00LMessmethoden in der Atmosphärenchemie Information W1 KP1VU. Krieger
KurzbeschreibungEs werden Methoden und Geräte vorgestellt: Überwachung der Luftreinhalteverordnung, Spurengasanlysemethoden, Remote Sensing, Aerosolmessgeräte, Messverfahren bei Labormessungen.
Lernziel: Erkennen der spezifischen Probleme bei Messungen in der Atmosphäre, Kriterien für die Wahl der optimalen Methode. Kenntnis verschiedener Messmethoden und spektroskopischen Grundlagen.
LernzielErkennen der spezifischen Probleme bei Messungen in der Atmosphäre und erarbeiten von Kriterien für die Wahl der optimalen Methode für eine gegebene Fragestellung. Kenntnis der verschiedenen Messmethoden und spektroskopischen Grundlagen sowie von ausgewählten Messinstrumenten.
InhaltEs werden Methoden und Geräte vorgestellt und theoretisch analysiert, die in atmosphärenchemischen Messungen Verwendung finden: Geräte zur Überwachung im Rahmen der Luftreinhalteverordnung, Spurengasanlysemethoden, "remote sensing", Aerosolmessgeräte, Messverfahren bei Labormessungen zu atmosphärischen Fragestellungen.
LiteraturB. J. Finnlayson-Pitts, J. N. Pitts, "Chemistry of the Upper and Lower Atmosphere", Academic Press, San Diego, 2000
Voraussetzungen / BesonderesMethodenvorlesung zu den Praktika 701-0460-00 und 701-1230-00. Die Kontaktzeiten in diesen Praktika sind so abgestimmt, dass der (empfohlene) Besuch der Vorlesung möglich ist.

Voraussetzungen: Atmosphärenphysik I und II
651-4084-00LPhysics of Glaciers IIW3 KP3GH. G. Gudmundsson
KurzbeschreibungDie Vorlesung soll Einblick in die physikalischen Vorgänge in Gletschern geben und Grundlagen für deren quantitative Formulierung vermitteln.
Lernziel
SkriptPhysik der Gletscher, 127 Seiten.
Zu beziehen bei der VAW/ETHZ
Literatur- Paterson, W.S.B. (1994): The physics of glaciers. Pergamon Press.
151-0620-00LEmbedded MEMS Lab Information W5 KP9PC. Hierold, S. Blunier, O. Kurapova
KurzbeschreibungPraktischer Kurs: Die Teilnehmer lernen die Einzelprozessschritte zur Herstellung eines MEMS (Micro Electro Mechanical System) kennen und führen diese in Reinräumen selbständig durch. Sie erlernen ausserdem die Anforderungen für die Arbeit in Reinräumen. Die Prozessierung und Charakterisierung wird in einem Abschlussbericht dokumentiert und ausgewertet. Beschränkte Platzzahl, sehen "Besonderes."
LernzielDie Teilnehmer lernen die Einzelprozessschritte zur Herstellung eines MEMS (Micro Electro Mechanical System) kennen. Sie führen diese in Laboren und Reinräumen selbständig durch. Die Teilnehmer erlernen ausserdem die speziellen Anforderungen (Sauberkeit, Sicherheit, Umgang mit Geräten und gefährlichen Chemikalien) für die Arbeit in Reinräumen und Laboren. Die gesamte Herstellung, Prozessierung und Charakterisierung wird in einem Abschlussbericht dokumentiert und ausgewertet.
InhaltUnter Anleitung werden die Einzelprozessschritte der Mikrosystem- und Siliziumprozesstechnik zur Herstellung eines Beschleunigungssensors durchgeführt:
-Photolithographie, Trockenätzen, Nassätzen, Opferschichtätzung, Kritische-Punkt-Trocknung, diverse Reinigungsprozesse
- Aufbau- und Verbindungstechnik am Beispiel der elektrischen Verbindung von MEMS und elektronischer Schaltung in einem Gehäuse
- Funktionstest und Charakterisierung des MEMS
- Schriftliche Dokumentation und Auswertung der gesamten Herstellung, Prozessierung und Charakterisierung
SkriptEin Skript wird vor der Veranstaltung verteilt (während der Informationsveranstaltung).
LiteraturDas Skript ist ausreichend für die erfolgreiche Teilnahme des Praktikums.
Voraussetzungen / BesonderesDie Teilnahme an allen hier aufgeführten Veranstaltungen ist Pflicht.
Beschränkte Platzzahl, sehen Sie den Englischen Text (Unten).
Proseminare und Semesterarbeiten
Zur Durchführung einer Semesterarbeit treten Sie direkt in Verbindung mit einem oder einer der Dozierenden.

Nicht alle Dozierenden lassen sich in myStudies direkt auswählen, wenn als Dozierende "Professoren/innen" verlangt sind. In solchen Fällen wenden Sie sich bitte ans Studiensekretariat (www.math.ethz.ch/studiensekretariat/staff/amstad).
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0210-12LProseminar Theoretical Physics Information W9 KP2SN. Beisert, M. Christandl, C. Anastasiou, G. Blatter, M. Gaberdiel, T. K. Gehrmann, G. M. Graf, P. Jetzer, L. M. Mayer, B. Moore, R. Renner, T. C. Schulthess, U. Seljak, M. Sigrist, M. Troyer, D. Wyler
KurzbeschreibungA guided self-study of original papers and of advanced textbooks in theoretical physics. Within the general topic, determined each semester, participants give a presentation on a particular theme.
Lernziel
402-0217-MSLTheoretische Semesterarbeit in einer Gruppe des PhysikdepartementsW9 KP18AM. Sigrist, C. Anastasiou, N. Beisert, G. Blatter, M. Christandl, M. Gaberdiel, A. Gehrmann-De Ridder, G. M. Graf, R. Renner, T. C. Schulthess, M. Troyer
KurzbeschreibungDiese Lerneinheit stellt eine Alternative dar, falls kein geeignetes "Proseminar Theoretische Physik" angeboten wird oder schon alle Plätze ausgebucht sind.
Lernziel
402-0215-MSLExperimentelle Semesterarbeit in einer Gruppe des Physikdepartements Information Belegung eingeschränkt - Details anzeigen W9 KP18AProfessor/innen
KurzbeschreibungZiel dieser Arbeit ist es, zu lernen in einer Forschungsumgebung zu experimentieren, gewonnene Daten zu analysieren und zu interpretieren.
Lernziel
402-0510-MSLFestkörperphysik für Vorgerückte Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Betreuer dieser experimentellen Semesterarbeit:
Prof. Bertram Batlogg
Prof. Klaus Ensslin
Prof. Danilo Pescia
Prof. Andreas Vaterlaus
Prof. Andreas Wallraff
Prof. Werner Wegscheider
W9 KP18PProfessor/innen
KurzbeschreibungDurchführung von Experimenten aus dem Gebiet der Festkörperphysik. Planung, Aufbau, Durchführung, Auswertung und Interpretation der Experimente.
Lernziel
402-0400-MSLQuantenelektronik für Vorgerückte Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Betreuer/in dieser experimentellen Semesterarbeit:
Prof. Tilman Esslinger
Prof. Jérôme Faist
Prof. Jonathan Home
Prof. Atac Imamoglu
Prof. Ursula Keller
Prof. Markus Sigrist
W9 KP18PProfessor/innen
KurzbeschreibungDurchführung von Experimenten aus dem Gebiet der Quantenelektronik. Planung, Aufbau, Durchführung, Auswertung und Interpretation der Experimente.
Lernziel
InhaltDurchführung von Versuchen im Gebiet der Optik, z.B. Holographie und Laserphysik. Planung, Aufbau, Durchführung, Auswertung und Interpretation der Experimente.
402-0717-MSLTeilchenphysik am CERN Belegung eingeschränkt - Details anzeigen W9 KP18PF. Nessi-Tedaldi, W. Lustermann
KurzbeschreibungWährend der Semesterferien verbringen die Teilnehmenden 4 Wochen am CERN und führen eine experimentelle Arbeit aus, die relevant ist für unsere Teilchenphysikprojekte. Genaue Daten nach Vereinbarung.
LernzielDurchführung eines kleinen Teilchenphysikexperimentes und gleichzeitige Erwerbung der benötigten Fähigkeiten: aufsetzen, Problemlösung, Datenaufnahme, -analyse, -interpretation und -präsentation in einem Bericht veröffentlichungsnaher Qualität.
InhaltDetaillierte Angaben in: http://www@cmsdoc.cern.ch/~nessif/ETHTeilchenpraktikumCERN.html
Voraussetzungen / BesonderesLehrsprache: Deutsch oder Englisch
402-0719-MSLTeilchenphysik am PSI Belegung eingeschränkt - Details anzeigen W9 KP18PC. Grab, U. Langenegger
KurzbeschreibungDuring semester breaks 6-12 students stay for 3 weeks at PSI and participate in a hands-on course on experimental particle physics. A small real experiment is performed in common, including apparatus design, construction, running and data analysis. The course includes some lectures, but the focus lies on the practical aspects of experimenting.
LernzielStudents learn all the different steps it takes to perform a complete particle physics experiment in a small team. They acquire skills to do this themselves in the team, including design, construction, data taking and data analysis.
402-0549-MSLMyon-Spin-Rotationsspektroskopie Belegung eingeschränkt - Details anzeigen W9 KP18PE. Morenzoni
KurzbeschreibungPraktikum in Muon Spin Rotationsspektroskopie am Paul Scherrer Institut
LernzielDurchführung und Analyse eines Muon Spin Rotationsexperiments
an einer muSR Strahlinie am Paul Scherrer Institut
InhaltDieses Praktikum bietet einen Einblick in eine moderne Methode der Festkörperphysik, die sich Techniken aus der Teilchenphysik, einschliesslich eines Protonenbeschleunigers, bedient. Ein aktuelles Forschungsthema aus der Festkörperphysik wie z.B. Messung der mikroskopischen magnetischen Eigenschaften und characteristischen Längen von Hochtemperatur Supraleitern wird untersucht.
Skriptsee http://people.web.psi.ch/morenzoni/
Literatursee http://lmu.web.psi.ch/about/aboutmsr.html#rev
402-0340-MSLMedizinische Physik Belegung eingeschränkt - Details anzeigen W9 KP18PA. J. Lomax, R. Müller, K. P. Prüssmann, M. Rudin
KurzbeschreibungIm Rahmen der in den Vorlesungen besprochenen Themen können in Absprache mit den Dozenten selbständige Arbeiten durchgeführt werden.
Lernziel
551-1602-00LBiophysics for Physicists Belegung eingeschränkt - Details anzeigen W9 KP18PG. Wider, F. Allain
KurzbeschreibungThis laboratory course is for physics students with the elective subject biophysics. The topic of the work is determined individually, and will be in the context with ongoing research projects. Possible topics are NMR studies with proteins and RNAs including structure determinations in solution, development of novel NMR experiments, studies of protein-protein and protein-RNA interactions.
LernzielThe students participate in an ongoing research project and they will be tutored by PhD students or postdoctoral fellows. The students describe the context and the results of the work in a final report.
529-0439-00LPraktikum Physikalische Chemie für Fortgeschrittene Belegung eingeschränkt - Details anzeigen W16 KP16PE. C. Meister
Kurzbeschreibung
LernzielVermittlung detaillierter Grundlagen von spezieller physikalisch-chemischer Experimentiertechnik, insbesondere spektroskopischer Methoden. Durchführung, Auswertung und Protokollierung von praktischen Aufgaben. Präsentation eines Vortrags.
InhaltListe der Praktikumsversuche: FT-NMR-Spektroskopie, ESR-Spektroskopie, Holographie, Einzelmolekül-Detektion und -Spektroskopie, hochauflösende Infrarot-Spektroskopie, IR-Vielphotonenanregung mit CO2-Laser, zeitaufgelöste bimolekulare Reaktionskinetik, Nahinfrarot-Spektroskopie mit Cavity Ring-down Technik.
Pflichtwahlfach Geistes-, Sozial- und Staatswissenschaften
» siehe Studiengang Pflichtwahlfach GESS
Master-Arbeit
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0900-00LMaster-Arbeit Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Zur Master-Arbeit wird nur zugelassen, wer:
a. das Bachelor-Studium erfolgreich abgeschlossen hat;
b. allfällige Auflagen für die Zulassung zum Master-Studiengang erfüllt hat.
c. im Master-Studium die erforderlichen 9 KP in der Kategorie Proseminare und Semesterarbeiten erworben hat.

Bitte geben Sie das ausgefüllte Anmelde-Formular im Studiensekretariat vor Beginn der Arbeit ab. Die entsprechenden Formulare befinden sich in der Fächliwand vor dem Büro HG G 33.1.
Weitere Infos www.math.ethz.ch/studiensekretariat/bsc-msc-theses_DE
O25 KP46DProfessor/innen
KurzbeschreibungDie Master-Arbeit bildet den Abschluss des Studiengangs. Die Studierenden sollen mit der Master-Arbeit ihre Fähigkeit zu selbständiger, strukturierter und wissenschaftlicher Tätigkeit unter Beweis stellen.
Lernziel
Seminare, Kolloquia und Ergänzende Fächer
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
402-0248-00LElectronics for Physicists II (Digital) Information Belegung eingeschränkt - Details anzeigen Z4 KP1V + 3UT. Delbrück
KurzbeschreibungThis course will teach the basics of digital electronics, to give students hands-on experience with using COTS (Commodity Off The Shelf) components to build their own systems. It covers embedded microcontroller programming, logic design on FPGAs, PCB design and assembly.
LernzielThe basic aim is to remove the fear of starting and offer the students a first experience at many levels of design.
InhaltThe course consists of short lectures on theory and exercises using two different hardware platforms - a microcontroller board with Universal Serial Bus (USB) interface, and a Field Programmable Gate Array (FPGA) board. In addition the course includes exercises in printed circuit board (PCB) design and PCB surface mount assembly. Students will complete a project of their own design which they can take with them after the course ends.

Week 1
Lecture:
Introduction and organization
Microcontroller architectures and programming
Architecture (registers and hardware)
Reading a datasheet
Demonstration of programming and using
Exercise:
Install USB board IDE and compiler, compile and run Blink LED program.
Start to design, program, and compile a chaotic attractor to control the PWM output to modulate the LED in an analog, random manner.

Week 2
Lecture:
Data Converters
Analog to Digital (ADC) - flash, single slope, sigma-delta
Digital to Analog (DAC)
Time to Digital
Exercise:
Use the ADC to convert an analog input and display value using LED brightness as output

Week 3
Lecture:
USB interfacing to PC using USB library
Exercise:
Continue ADC project to send values to PC for display

Week 4
Lecture:
PCB design
PCB schematics / gate symbols
PCB footprints
Power supply decoupling / separation
Power planes
PCB design continued
Optocouplers
Power supplies
Decoupling
Components
Exercise:
Start to design daughterboard for AVR32 which adds analog components.
Draw schematic of daughterboard.

Week 5
Lecture:
Binary representations of numbers
Binary arithmetic
2s complement notation for signed binary numbers
Binary addition/subtraction
Parity
Gray codes
Floating point representation
Exercise:
Make footprints / symbols for PCB parts.
Start PCB daughterboard layout.

Week 6
Lecture:
Boolean logic NOT AND OR
Venn diagrams
de Morgan's theorems - exchange AND/OR, complement each term, complement whole
Canonical forms - minterm (sum of products, AND-OR), maxterm (product of sums, OR-AND)
Truth tables
Karnaugh maps and optimization of combinational logic
Exercise:
Finish PCB layout and design check. PCB panel assembled and sent for fabrication.
Parts list ready for order.

Week 7
Lecture:
Sequential logic with state machines
Representation of states and state transitions, state transition actions
Exercise:
Install FPGA tools, synthesize and run example

Week 8
Lecture:
Introduction to using reconfigurable logic (FPGAs, CPLDs, etc)
Introduction to HDLs
Exercise:
Another FPGA example. PCBs back from fabrication.

Week 9
Lecture:
Logic Circuits
Clocks / clock distribution / one shots
Latches / Flip flops- SR, D, level sensitive, edge triggered, master/slave, clocked / un-clocked
Shift registers
Ring oscillator
Counters - ripple, Johnson
Adders
Multipliers
Exercise:
HDL exercise - design a wiggling light bar

Week 10
Lecture:
Logic analog circuits
PLLs/DLLs = Phase locked loops, Delay locked loops
LVDS tranceivers
Level converters, low to high and high to low
Timing diagrams
Exercise:
Soldering PCBs

Week 11
Lecture:
Memory - SRAM, DRAM, embedded
Exercise:
Soldering PCBs, testing PCB projects

Week 12
Testing projects

Week 13
Project demos from students
Voraussetzungen / BesonderesThe course is meant to complement the analog course by teaching how to build systems that convert and process analog information.

Students should have taken Analog Electronics for Physicists or equivalent and should have had some programming experience, preferably with C. Students (or at least each group of 2 / 3 students) need a laptop computer, preferably Windows or Linux. Windows (real or virtual) is required for the FPGA part of the course.
529-0286-00LChemie für Physiker IZ3 KP2V + 1UE. C. Meister
KurzbeschreibungEinführung in die Chemie.
LernzielSprache der Chemie (Begriffe, Formelssprache, Nomenklatur, Systematik).
Stoffkenntnis (Struktur und Eigenschaften von Stoffen).
Reaktionen (Reaktionstypen, chemische Gleichgewichtsthermodynamik, chemische Kinetik).
Methoden (Substanzentrennung und -reinigung, Analysemethoden, spektroskopische Methoden).
InhaltInhalt von Chemie für Physiker I und II:

Einleitung (Informationsquellen; Produktion, Eigenschaft und Sicherheit von Chemikalien, Mischungen und Trennmethoden).
Beschreibung chemischer Systeme (Konzentrationsmasse; Reaktionsgleichung; Reaktionslaufzahl).
Periodisches System der Elemente (Grundlagen; Eigenschaften der Elemente; Atomspektroskopische Methoden).
Chemische Bindung (Ionische Bindung; kovalente Bindung).
Organische Chemie (Bindungsmodelle; Mesomerie und Grenzformeln; Funktionelle Gruppen; Systematik der Stoffklassen; Nomenklatur organischer Verbindungen; Stereochemie; Kohlenwasserstoffe; Halogenalkane; Alkohole; Carbonsäuren; Amine; Kohlenhydrate; Aminosäuren, Peptide, Proteine; Nucleinsäuren).
Chemische Thermodynamik (Zustandsgrössen; Reaktionsgrössen; thermodynamische Potentiale; Modelle und reale thermodynamische Systeme; Chemisches Potential; Phasengleichgewichte; Reaktionsgleichgewichte).
Säuren und Basen (Definitionen; Charakterisierung von Acidität und Basizität; Berechnung und Messung von pH-Werten und Gleichgewichtszusammensetzungen).
Spektroskopie (Elektronenspektroskopie; Infrarot-Spektroskopie; Kernresonanz-Spektroskopie; Massenspektrometrie).
Kinetik (Einfache Reaktionskinetik; Geschwindigkeitsgesetze; komplexe kinetische systeme; Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitskonstante; Diffusionskontrollierte Reaktionen in Lösung; Experimentelle Methoden der Kinetik).
SkriptAusführliches Skript sowie weitere Unterlagen werden in der Vorlesung abgegeben.
402-0816-00LComputational Physics and EconophysicsZ5 KP2V + 2UD. Würtz
KurzbeschreibungIntroduction to principles of computational finance and financial engineering from an econophysicist point of view. Prerequisite R/SPlus programming.
LernzielIntroducing main statistical methods for numerical modelling of financial
time series, valuation of derivatives, and optimization of portfolios.
Implementing numerical methods using the statistical software environment R.
Inhalt- Overview on R/Rmetrics and SPlus/Finmetrics.
- Financial Returns, Stylized Facts, Stable and Hyperbolic Distributions
- ARMA and GARCH Time Series Modelling, Trends and Unit Roots
- Technical Analysis, Trading Models and Decision Making
- Extreme Value Theory and Dependence Structures (Copulae)
- Plain Vanilla and Exotic Option Pricing, Monte Carlo Simulations
- Markowitz and CVaR Portfolio Optimization
SkriptLecture notes written in English as well as R/Rmetrics software for
registered participants in the course.
402-0246-00LComputergestütztes Experimentieren II Information Z5 KP4PR. Bernet, S. Egli
KurzbeschreibungBei diesem Kurs geht es darum, ein Verständnis für die Planung, den Aufbau und die Durchführung von Experimenten zu erlangen, die Computer benötigen für das Steuern der Experimentierparameter, für das Erfassen von Messdaten und für die Onlineanalyse.
Lernziel
InhaltIm Frühjahrssemester werden weitere Schwerpunkte vertieft. Folgende Schwerpunktsthemen stehen zur Auswahl: Besprechung von objektorientierten Programmiersprachen, Einführung in paralleles Programmieren und in die verschiedenen Lösungskonzepte für die dabei auftretenden Probleme oder Aufbau von Data-Acquisition-Systemen mit verschiedenen Messsonden, verbunden mit einem einfachen Bussystem. Die erworbenen Kenntnisse könnten im Rahmen eines kleinen Projekts vertieft werden.
Voraussetzungen / BesonderesLeistungskontrolle = Anwesenheit im Praktikum, es gibt keine Prüfung.
402-0101-00LThe Zurich Physics Colloquium Information E-0 KP1KG. Blatter, C. Anastasiou, B. Batlogg, N. Beisert, M. Carollo, M. Christandl, C. Degen, G. Dissertori, R. J. Douglas, K. Ensslin, T. Esslinger, J. Faist, M. Gaberdiel, A. Gehrmann-De Ridder, G. M. Graf, J. Home, A. Imamoglu, P. Jetzer, S. Johnson, U. Keller, K. S. Kirch, S. Lilly, L. M. Mayer, J. Mesot, M. R. Meyer, B. Moore, F. Pauss, D. Pescia, A. Refregier, R. Renner, A. Rubbia, T. C. Schulthess, U. Seljak, M. Sigrist, M. Troyer, E. H. Türeci, J. F. van der Veen, A. Vaterlaus, R. Wallny, W. Wegscheider, D. Wyler, A. Zheludev
KurzbeschreibungForschungskolloquium
Lernziel
Voraussetzungen / BesonderesVorträge evtl. auch auf Deutsch
402-0800-00LThe Zurich Theoretical Physics Colloquium Information E-0 KP2SC. Anastasiou, N. Beisert, G. Blatter, M. Christandl, M. Gaberdiel, T. K. Gehrmann, A. Gehrmann-De Ridder, G. M. Graf, P. Jetzer, L. M. Mayer, B. Moore, R. Renner, T. C. Schulthess, U. Seljak, M. Sigrist, M. Troyer, D. Wyler
KurzbeschreibungResearch colloquium
Lernziel
Voraussetzungen / BesonderesVorträge evtl. auch auf Deutsch
402-0501-00LSolid State Physics Information E-0 KP1SB. Batlogg, G. Blatter, K. Ensslin, D. Pescia, M. Sigrist, M. Troyer, J. F. van der Veen
KurzbeschreibungResearch colloquium
Lernziel
402-0551-00LLaser SeminarE-0 KP1ST. Esslinger, J. Faist, J. Home, A. Imamoglu, U. Keller, F. Merkt, M. Quack, M. Sigrist, E. H. Türeci, H. J. Wörner
KurzbeschreibungResearch colloquium
Lernziel
402-0600-00LNuclear and Particle Physics with ApplicationsE-0 KP2SA. Rubbia, A. Badertscher, G. Dissertori, C. Grab, K. S. Kirch, F. Pauss, R. Wallny
KurzbeschreibungForschungskolloquium
Lernziel
402-0700-00LSeminar in Elementary Particle Physics Information E-0 KP1SM. Spira
KurzbeschreibungResearch colloquium
LernzielStay informed about current research results in elementary particle physics.
402-0746-00LAktuelles aus der Teilchen- und AstrophysikE-0 KP2SC. Grab, L. Baudis, P. Jetzer, C. Regenfus, U. D. Straumann, A. van der Schaaf
KurzbeschreibungForschungskolloquium
Lernziel
InhaltIn Seminarvorträgen werden aktuelle Fragestellungen aus der Teilchenphysik vom theoretischen und experimentellen Standpunkt aus diskutiert. Besonders wichtig erscheint uns der Bezug zu den eigenen Forschungsmöglichkeiten am PSI, CERN und DESY.
402-0893-00LParticle Physics Seminar Information E-0 KP1SC. Anastasiou, T. K. Gehrmann
KurzbeschreibungForschungskolloquium
Lernziel
Voraussetzungen / BesonderesOccasionally, talks may be delivered in German.
402-0530-00LMesoscopic SystemsE-0 KP1ST. M. Ihn
KurzbeschreibungForschungskolloquium
Lernziel
402-0540-00LNeutron Scattering Information
Findet dieses Semester nicht statt.
E-0 KP1SJ. Mesot, A. Zheludev
KurzbeschreibungForschungskolloquium
Lernziel
Voraussetzungen / BesonderesSprache: Deutsch oder Englisch
402-0620-00LAktuelle Themen aus der Beschleunigermassenspektrometrie und deren AnwendungenE-0 KP1SM. Christl, J. Beer, S. Willett
KurzbeschreibungDas Seminar richtet sich an Studierenden, Doktorierenden und Wissenschaftler die sich im Rahmen ihrer Ausbildung/Forschung mit der Technik und den Anwendungen der Beschleuniger Massenspektrometie oder verwandten hochsensitiven Nachweistechniken beschäftigen. Es werden die Grundlagen der Methodik, neuesten Entwicklungen und spezielle aktuelle Beispiele aus dem breiten Anwendungsspektrum diskutiert.
Lernziel
227-0980-00LSeminar on Biomedical Magnetic ResonanceE-0 KP2KK. P. Prüssmann, S. Kozerke, M. Rudin
KurzbeschreibungAktuelle Entwicklungen und Probleme der Magnetresonanz-Bildgebung (MRI)
Lernzielsee above
402-0369-00LResearch Colloquium in Astrophysics Information E-0 KP1KM. Carollo, S. Lilly, M. R. Meyer, J. Read, A. Refregier, H. M. Schmid
KurzbeschreibungDuring the semester there is a colloquium every week on actual research by the members of the Institute of Astrophysics. In general, colloquia are 20 minutes excluding discussion. They start with a general introduction, review techniques and methods of general interest and present results. The goal is to inform all members of the institute about current work.
LernzielA colloquium is a combination of a 10 minute conference paper preceded by a 10 minute widely understandable introduction. The discussion is limited to 10 minutes, but may continue privately. The research colloquia are announced in the ETH Vorlesungsverzeichnis, but are not publicized in the Wochenbulletin of the Department of Physics. All colloquia are given in English.
402-0356-00LAstrophysics Seminar Information E-0 KP2SM. Carollo, S. Lilly, M. R. Meyer, J. Read, A. Refregier, H. M. Schmid
KurzbeschreibungResearch colloquium
Lernziel
402-0396-00LRecent Research Highlights in AstrophysicsE-0 KP1SP. Jetzer, G. Lake, B. Moore, J. Stadel
KurzbeschreibungResearch colloquium
Lernziel
401-5330-00LTalks in Mathematical Physics Information E-0 KP1KD. Calaque, A. Cattaneo, G. Felder, M. Gaberdiel, G. M. Graf, H. Knörrer
KurzbeschreibungResearch colloquium
Lernziel
InhaltForschungsseminar mit wechselnden Themen aus dem Gebiet der mathematischen Physik.
402-0899-00LNeuroinformatics - Colloquia Information E-0 KP1KR. J. Douglas, R. Hahnloser, D. Kiper, S.‑C. Liu, K. A. Martin
KurzbeschreibungDas Kolloquium der Neuroinformatik ist eine Vortragsserie eingeladener Experten. Die Vorträge spiegeln Schwerpunkte aus der Neurobiologie und des Neuromorphic Engineering wider, die speziell für unser Institut von Relevanz sind.
LernzielDie Vorträge informieren Studenten und Forscher über neueste Forschungsergebnisse. Dementsprechend sind die Vorträge primär nicht für wissenschaftliche Laien, sondern für Forschungsspezialisten konzipiert.
InhaltDie Themen hängen stark von den eingeladenen Spezialisten ab und wechseln von Woche zu Woche. Alle Themen beschreiben aber 'Neural computation' und deren Implementierung in biologischen und künstlichen Systemen.
402-0826-00LAuditory InformaticsE-2 KP1SR. Stoop
KurzbeschreibungEingeladene Referate zu aktuellen Forschungsthemen aus den Gebieten: Auditorische Informationsverarbeitung, auditorische Sensoren (biologisch und elektronisch), Informationskodierung, Perzeption, Szenen-Segmentation.
LernzielWir führen ein in aktuelle Forschungsthemen der Informationsverarbeitung auditorischer und damit verwandter Systeme.
InhaltEin aktuelles Semesterprogramm findet sich unter: stoop.net/group ->teaching -> auditory informatics
Voraussetzungen / BesonderesAuf Wunsch kann die Lehrsprache auf Deutsch gewechselt werden.