2.3 Studia specjalistyczne (IV, V i VI rok)

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Program wykładu obejmuje podstawowe wiadomości o systematyce cząstek elementarnych i ich oddziaływań.

1. Wiadomości wstępne: układ jednostek h = c = 1, eksperymenty formacji i produkcji cząstek. 
2. Systematyka cząstek w modelu kolorowych kwarków i gluonów (konstrukcja multipletów mezonowych i barionowych)
3. Model kwarkowo - partonowy oddziaływań cząstek. Diagramy kwarkowe. Kąt Cabbibo, macierz Kobayashi-Maskawy.
4. Zasady zachowania w fizyce cząstek. Parzystość P, parzystość ładunkowa C, parzystość G, parzystość kombinowana CP. Wnioski z zasady zachowania izospinu w oddziaływaniach silnych (formalizm Szmuszkiewicza).
5. System neutralnych kaonów, oscylacje dziwności, regeneracja składowej krótkożyciowej. Niezachowanie parzystości CP.
6. Kinematyka oddziaływań. Wnioski z transformacji Lorentza. Zmienna x Feynmana, Pospieszność (rapidity) i pseudopospieszność (pseudorapidity). Rozpraszanie leptonów na hadronach. Zmienna x Bjorkena. Rozpraszanie głębokonieelastyczne (DIS).
7. Elementy analizy fal cząstkowych (PWA) w eksperymentach formacji.
8. Przegląd danych doświadczalnych dotyczących produkcji cząstek w oddziaływaniach lepton-lepton, lepton-hadron, hadron-hadron (Przekroje czynne, krotności).

Żaden podręcznik nie odpowiada ściśle programowi wykładu. Jako lekturę pomocniczą zaleca się: 

D. H. Perkins, Wstęp do fizyki wysokich energii.

Fizyka I, II, III, Fizyka kwantowa lub Mechanika kwantowa I.

Egzamin.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Wykład jest kontynuacją wykładu z cząstek elementarnych z semestru zimowego. Wykorzystując podstawowe pojęcia tam wprowadzone wykład w semestrze letnim obejmuje:

1. Aspekty integracyjne eksperymentów w fizyce cząstek.
2. Podstawowe wyniki doświadczalne świadczące o poprawności modelu standardowego (badania oddziaływań e⁺e^-, ep i hadron-hadron, dokładne testy modelu standardowego w rozpadach Z⁰).
3. Przyszłe eksperymenty, czyli poszukiwania fizyki poza modelem standardowym.

Żaden podręcznik nie odpowiada ściśle programowi wykładu. Literatura (głównie prace oryginalne i artykuły przeglądowe) jest podawana bieżąco na wykładzie.

Fizyka I, II, III, Mechanika kwantowa I lub Fizyka kwantowa, Fizyka cząstek elementarnych i wysokich energii (semestr zimowy).

Zaliczenie ćwiczeń. Egzamin pisemny i ustny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

A. Strzałkowski, Wstęp do fizyki jądra atomowego.

T. Mayer-Kuckuk, Fizyka jądrowa.

B. Nerlo-Pomorska i K. Pomorski, Zarys teorii jądra atomowego.

Mechanika kwantowa I, Wstęp do fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych.

Egzamin ustny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

1. Kinematyka reakcji dwuciałowych. Ciepło reakcji. Układ laboratoryjny i układ środka masy. Geometryczna interpretacja przekroju czynnego reakcji. Różniczkowy przekrój czynny.
2. Rozpraszanie cząstek przez sferyczny symetryczny potencjał. Pojęcie toru cząstki. Funkcja odchylenia.
3. Opis kwantowy rozpraszania. Metoda fal parcjalnych. Przekroje czynne reakcji i rozpraszania. Rozpraszanie ciężkich jonów. Rozpraszanie Fresnela i Fraunhofera.
4. Macierz S. Zasada równowagi szczegółowej.
5. Podstawowe mechanizmy reakcji wywołanych przez lekkie i średnio ciężkie cząstki w obszarze niskich energii. Metody ich rozróżniania.
6. Jądro złożone. Model Bohra. Przekrój czynny reakcji. Reakcje rezonansowe. Rozpraszanie rezonansowe i potencjałowe. Wzór Brieta-Wignera.
7. Model statystyczny jądra złożonego. Formuła Hausera-Feshbacha. Gęstość poziomów jądrowych. Model równoodległych poziomów jednocząstkowych. Zależności spinowe gęstości poziomów jądrowych. Fluktuacje przekrojów czynnych.
8. Krótki przegląd niektórych metod detekcji cząstek naładowanych. Teleskopy półprzewodnikowe. Metoda czasu przelotu.
9. Jądro złożone dla reakcji wywołanych przez ciężkie jony. Ograniczenia reakcji pełnej syntezy. Siła kontaktowa. Model krytycznego promienia. Model krytycznego momentu pędu. Pełna synteza jąder ciężkich. Model Świąteckiego. Dopchnięcie ("extra push"). Kanały rozpadu układu złożonego. Konkurencja rozszczepienie-wyparowanie.
10. Reakcje niepełnej syntezy jądrowej.
11. Model optyczny oddziaływań jądrowych. Potencjały optyczne.
12. Reakcje bezpośrednie przekazu nukleonów i wzbudzenia nieelastycznego. Metoda fal zaburzonych Borna. Zastosowanie w badaniach struktury jąder. Czynniki spektroskopowe. Zarys metody kanałów sprzężonych.
13. Reakcje głęboko nieelastyczne ciężkich jonów. Diagram Wilczyńskiego. Czas trwania reakcji. Mechanizm dyssypacji energii i krętu. Potencjały jądro-jądro: "proximity" i "folding".
14. Rozszczepienie jąder atomowych. Warunki rozszczepialności. Bilans energii. Krzywe wzbudzenia. Rozkłady masowe produktów. Kształt bariery rozszczepienia. Poprawka powłokowa Strutinskiego. Prawdopodobieństwo rozszczepienia. Czasy życia nuklidów rozszczepiających się.
15. Reakcje jądrowe przy energiach średnich i niskich-relatywistycznych. Kinematyka: śpieszność i jej własności. Efekty kolektywne. Płaszczyzna reakcji. Rodzaje pływów. Opis teoretyczny: Zarys metod BUU i QMD. Równanie stanu materii jądrowej. Multifragmentacja. Produkcja nowych cząstek.

E. Gadioli, P. Hodgson, Preequilibrium nuclear reactions, rozdz.1-4.

T. Mayer-Kuckuk, Fizyka jądrowa.

A. Strzałkowski, Wstęp do fizyki jądra atomowego.

Mechanika kwantowa I, Wstęp do fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych.

Zajęcia sugerowane do zaliczenia/wysłuchania przed wykładem:

Termodynamika lub Fizyka statystyczna I.

Egzamin.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

1. Materiały optyczne: transmisja, współczynnik załamania, dyspersja. Specyfikacja parametrów technicznych elementów optycznych.
2. Ośrodki anizotropowe, propagacja światła w kryształach dwójłomnych: promień zwyczajny i nadzwyczajny, kąt dryfu
3. Pokrycia metaliczne i dielektryczne ? współczynniki transmisji i odbicia, charakterystyki fazowe.
4. Polaryzacja światła; polaryzatory foliowe i krystaliczne, płytki falowe, kompensator Babinet-Soleil?a.
5. Wybrane przyrządy optyczne: obiektyw, luneta, mikroskop, etc. (2 lub 3 wykłady).
6. Interferometry: Michelson, Mach-Zender, Fabry-Perot.
7. Przyrządy spektralne: spektrometr pryzmatyczny i siatkowy, spektrometr furierowski, interferometr Fabry-Perot.
8. Wiązki gaussowskie; definicja, własności, propagacja przy pomocy macierzy ABCD.
9. Światłowody planarne i cylindryczne, mody światłowodów, elementy optyczne typu GRIN.
10. Rezonatory optyczne zamknięte i otwarte; warunek stabilności, rezonatory stabilne i astabilne, mody i częstości.
11. Modulatory światła; efekt Pockelsa, rozpraszanie fotonów na fononach, nieliniowy współczynnik załamania światła, modulatory elektro-optyczne, akusto-optyczne, optyczno-optyczne.
12. Przetwarzanie częstości w procesach nieliniowych: generacja harmonicznych, suma i różnica częstości, procesy parametryczne.
13. Detekcja światła; zjawisko fotoelektryczne, fotopowielacz, fotodioda, fotoopór, detektory 2-wymiarowe, zliczanie fotonów, detekcja homodynowa i heterodynowa. 

A. Corney, Atomic and Laser Spectroscopy.

Fizyka I-IV, Elektrodynamika, Mechanika kwantowa I bądź Fizyka kwantowa.

Zajęcia sugerowane do wysłuchania przed tym wykładem:

Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego.

ocena: zadania domowe (30%) + egzamin końcowy (70%).

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

F.A. Cotton, Teoria grup. Zastosowania w chemii.

A.S. Dawydow, Mechanika kwantowa.

M. Hamermesh, Teoria grup w zastosowaniu do zagadnień fizycznych.

A. Gołębiewski, Elementy mechaniki i chemii kwantowej.

W. Kołos, Chemia kwantowa.

W. Kołos, J. Sadlej, Atom i cząsteczka.

G.K. Woodgate, Struktura atomu.

P. Kowalczyk, Fizyka cząsteczek.

Mechanika kwantowa I lub Fizyka kwantowa, Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego. 

Egzamin ustny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Program:

1. Półklasyczna teoria promieniowania.
2. Wiązki gausowskie i rezonatory optyczne.
3. Wzmocnienie światła: nienasycone i nasycone, warunek progowy akcji laserowej.
4. Podstawowe charakterystyki światła laserowego.
5. Dynamika laserów: oscylacje relaksacyjne, modulacja dobroci rezonatora, synchronizacja modów.
6. Przegląd wybranych konstrukcji laserowych.
7. Wybrane zastosowania laserów.

O. Svelto, Principles of Lasers.

A. Siegman, Introduction to Lasers.

K. Schimoda, Wstęp do Fizyki Laserów.

A. Yariv, Quantum Electronics.

Fizyka I-IV, Elektrodynamika, Mechanika kwantowa I bądź Fizyka kwantowa, Optyka instrumentalna.

Zajęcia sugerowane do wysłuchania przed tym wykładem:

Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego.

ocena: zadania domowe (30%) + egzamin końcowy (70%).

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Program:

1. Spektroskopia laserowa wysokich zdolności rozdzielczych

1.1. Spektroskopia nasyceniowa
1.2. Spektroskopia dwufotonowa
1.3. Spektroskopia polaryzacyjna
1.4. Dudnienia kwantowe
1.5. Nieliniowy efekt Hanlego
1.6. Zastosowania 1 i 2 w spektroskopii atomu wodoru
2. Niekonwencjonalne techniki spektroskopii laserowej

2.1. Spektroskopia Optoakustyczna (OA)
2.2. Spektroskopia Optogalwaniczna (OG)
2.3. Rezonansowa Spektroskopia Jonizacyjna (RIS)
3. Chłodzenie i pułapkowanie atomów
4. Elementy Chemii Laserowej

4.1. Laserowa separacja izotopów
4.2. Reakcje chemiczne indukowane światłem laserowym
4.3. Klastery i śnieg laserowy
5. Analiza spektralna zdalnie sterowana

5.1. Badania atmosferyczne i stratosferyczne
5.2. LIDAR
6. Pompowanie optyczne

6.1. Magnetometry
6.2. Zegary atomowe
7. Atomy rydbergowskie i ich własności

A. Corney, Atomic and Laser Spectroscopy.

1. Fenomenologiczny opis zjawisk charakterystycznych dla optyki nieliniowej (samoogniskowanie, generacja harmonicznych, zjawisko stymulowanego rozpraszania ramanowskiego).
2. Propagacja impulsów świetlnych w ośrodkach optycznych: liniowych i nieliniowych. Przybliżenie wolno zmiennej obwiedni, impulsy femtosekundowe.

Optyka nieliniowa:
3. Rozwiniecie nieliniowej polaryzacji w potęgach pola elektrycznego

3.1 Symetrie 

3.2 Gęstość pola elektrycznego w ośrodku nieliniowym

3.3 Nieliniowe równanie propagacji

3.4 Relacje Manleya-Rowa

4. Samoogniskowanie i samomodulacja fazy

4.1 Nieliniowe równanie Schrödingera
4.2 Solitony optyczne w światłowodach
5. Generacja drugiej harmonicznej

5.1 Dopasowanie fazowe i przybliżenie szybko-zmiennej fazy.
5.2 Ewolucja drugiej harmonicznej
5.3 Kompensacja rozfazowania
6. Generacja trzeciej harmonicznej
7. Stymulowane procesy rozpraszania ramanowskiego

7.1 Rozpraszanie ramanowskie w H2 i N2
7.2 Akcja laserowa oparta na zjawisku rozpraszania ramanowskiego
8. Mieszanie czterech fal i sprzężenie fazowe
9. Rozpraszanie Brillouina
10. Optyka nieliniowa w przybliżeniu atomu dwu-poziomowego

Zajęcia sugerowane do zaliczenia przed wykładem:

Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego

Elementy krystalografii. Elektron w potencjale periodycznym. Model prawie pustej sieci. Kryształ skończony, warunki periodyczności Borna-Karmana. Drgania sieci krystalicznej-fonony. Transport nośników prądu, zlinearyzowane równanie Boltzmanna. Przybliżenie czasu relaksacji. Równanie masy efektywnej, płytkie stany domieszkowe. Własności optyczne metali. Dynamiczna funkcja dielektryczna w kryształach częściowo jonowych. Osobliwości van Hoove, optyczne własności ciał stałych. Magnetooptyka na swobodnych nośnikach i międzypasmowa. Ekscytony swobodne i związane. Wpływ jednoosiowych naprężeń na strukturę elektronową kubicznych kryształów. Kryształy silnie domieszkowane, hopping przejścia metal izolator. Ciała amorficzne. Powierzchnia kryształu jako zaburzenie periodyczności. Heterostruktury, studnie kwantowe. Dwuwymiarowy gaz elektronowy. Pełna kwantyzacja w polu magnetycznym. Całkowity kwantowy efekt Halla. Układy jedno i zerowymiarowe.

Ch. Kittel, Wstęp do fizyki ciała stałego.

P. Yu, M. Cardona, Fundamental of Semiconductors.

Wykład zaczyna się poprzez wprowadzenie tzw. Tablicy Periodycznej Ciała Stałego opartej na jednoelektronowych stanach atomowych. Następnie wprowadzone są wiązania van der Waals'a i wiązania jonowe. Zaprezentowane jest wyprowadzenie strukturalnych własności (długość wiązania ) jak i elektronowych własności (przerwa energetyczna) w oparciu o stany atomowe i energię Madelung w materiałach jonowych. Przedyskutowane są też wiązania występujące w klasycznym wysokotemperaturowym nadprzewodniku YBACUO.

W następnym kroku wprowadzone są wiązania kowalentne występujące w molekułach i ciałach stałych. Wprowadzone są oddziaływania s i p pomiędzy stanami s i p, wraz z podstawowymi ideami silnego wiązania. Wprowadzone są pojęcia hybryd, metalicznej, jonowej i kowalencyjnej energii. W ramach podejścia silnego wiązania wprowadzone są proste obliczenia długości wiązań, energii kohezji i stałych siłowych w półprzewodnikach.

Następna część wykładu dotyczy wprowadzenia symetrii translacyjnej w sieci krystalicznej. Przeprowadzone są rachunki struktury pasmowej w bazie stanów atomowych i w bazie stanów wiążących i antywiążących. Przedyskutowane są własności elektronowe i optyczne półprzewodników wynikające wprost ze struktury pasmowej. W szczególności przeprowadzone są oszacowania dla przesunięć pasm energetycznych w heterostrukturach. Wprowadzone są też obliczenia wpływu ciśnień hydrostatycznych na strukturę pasmową.

Następna grupa zagadnień objętych wykładem dotyczy domieszek i defektów. Przedyskutowane są chemiczne trendy położeń energetycznych domieszek w przerwie energii wzbronionej. Następnie wprowadzone są klasyczne defekty strukturalne takie jak luki, atomy międzywęzłowe i antypołożeniowe. Wyliczone są struktury elektronowe dla luki w krzemie i luk anionowych i kationowych w związkach półprzewodnikowych. 

Ostatnia grupa problemów objęta wykładem dotyczy fizyki powierzchni. Wprowadzeniem do tej tematyki jest rozwiązanie struktury pasmowej grafitu. Następnie wprowadzona jest struktura pasmowa wywołana zerwanymi wiązaniami w krzemie. Omówiona jest też rekonstrukcja 2x1 i 7x7 powierzchni krzemu. W końcu przedyskutowane są mechanizmy będące siła napędową rekonstrukcji powierzchni w innych materiałach.

B.K. Weinstein, Krystalografia Współczesna (wyd. w jęz. angielskim i rosyjskim), tom I-IV.

1. Źródła promieniowania rentgenowskiego (lampy, źródła synchrotronowe).
2. Oddziaływanie promieniowania X z materią (rozpraszanie, absorpcja, załamanie).
3. Defekty w kryształach.
4. Dynamiczna teoria dyfrakcji promieni X na kryształach (kryształy idealne i zdeformowane, równania Takagi-Taupina, wysokorozdzielcza dyfraktometria wielo-krystaliczna). 

J. Gronkowski, Materiały do wykładu 1995/96.

N.A. Dyson, Promieniowanie rentgenowskie w fizyce atomowej i jądrowej.

M. Lefeld-Sosnowska, Rozprawa habilitacyjna (UW 1979). 

Fizyka I, II, III, IV, Podstawy dyfrakcji promieni X i neutronów.

Zajęcia sugerowane do zaliczenia przed wykładem: 

Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego, Elektrodynamika ośrodków materialnych.

Egzamin ustny.

1. Zastosowania dyfrakcji promieni X (metoda fal stojących; metody proszkowe; dyfraktometria; wyznaczanie parametrów sieci; interferometria rentgenowska; optyka rentgenowska; wyznaczanie struktur krystalicznych; przypadek wielu fal; dyfrakcja poślizgowa; kwazikryształy).
2. Rozpraszanie promieni X (rozpraszanie niesprężyste, porównanie z rozpraszaniem neutronów; rozpraszanie dyfuzyjne, defekty punktowe; rozpraszanie niskokątowe).
3. Rentgenowska spektroskopia emisyjna i absorpcyjna (EXAFS, SAXS).
4. Przegląd badań materiałowych metodami rentgenowskimi i innymi (reflektometria, badania cienkich warstw; mikroskopia rentgenowska; obrazowanie za pomocą kontrastu fazowego; litografia rentgenowska; metody elektronowe, spektroskopia fotoelektronów, LEED, RHEED).
5. Rentgenowskie lasery na swobodnych elektronach (działanie undulatora).

N.A. Dyson, Promieniowanie rentgenowskie w fizyce atomowej i jądrowej.

M. Lefeld-Sosnowska, Rozprawa habilitacyjna (UW 1979). 

Zajęcia sugerowane do zaliczenia przed wykładem: 

Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego,

Elektrodynamika ośrodków materialnych.

1. Wykład obejmuje wstęp do mechaniki kwantowej układów cząsteczkowych, mechaniki molekularnej i teorii oddziaływań międzycząsteczkowych.
1. Od równania Schrödingera do metody SCF-HF-MO-LCAO: pokazanie kolejnych kroków umożliwiających przybliżone rozwiązywanie równania Schrödingera dla układów molekularnych, w tym: przybliżenie Borna-Oppenheimera; przybliżenie jednoelektronowe; metoda Hartree-Focka; metoda pola samouzgodnionego (SCF) i funkcja falowa układu w postaci wyznacznika Slatera; metoda Hartree-Focka-Roothaana (przybliżenie LCAO).
2. Metody ab initio i metody półempiryczne; bazy funkcyjne. 
3. Fizyczna interpretacja stabilności wiązania chemicznego: tw. wirialne; tw. elektrostatyczne i tw. Hellmanna-Feynmana.
4. Orbitale wiążące i antywiążące; pi i sigma; układy pi-elektronowe; orbitale zhybrydyzowane.
5. Metody mechaniki molekularnej.
6. Opis oddziaływań międzycząsteczkowych: rachunek zaburzeń Rayleigha-Schrödingera; oddziaływania hydrofobowe.
7. Zastosowania opisu kwantowego w badaniach struktury elektronowej cząsteczek i makrocząsteczek biologicznych.

1. Następujące zagadnienia z zakresu biologii ogólnej i molekularnej:
1. Teoria komórkowa: ogólne wiadomości o budowie, funkcjonowaniu i organizacji komórek roślinnych i zwierzęcych, bakterii, struktur subkomórkowych i wirusów.
2. Cykl komórkowy: chromosomy, kod genetyczny, mitoza i mejoza.
3. Podstawy genetyki: geny, prawa Mendla, segregacja genów, genotyp-fenotyp-środowisko, genetyka człowieka i determinacja płci.
4. Mutacje chromosomowe i genowe, choroby dziedziczne.
5. Różnicowanie komórek, regulacja i ekspresja genów, rola cytoklin.
6. Podstawowe wiadomości z zakresu fizjologii.
7. Podstawy onkologii molekularnej i klinicznej, protoonkogeny-onkogeny-choroby nowotworowe u ludzi.
8. Podstawy immunologii: budowa i wytwarzanie przeciwciał, rearanżacja genów, geny zgodności tkankowej, tolerancja immunologiczna, autoagresja.
9. Terapia genowa w leczeniu chorób dziedzicznych, zwierzęta transgeniczne.
10. Podstawy radiobiologii - wpływ promieniowań jonizujących na organizmy żywe.
11. Wybrane zagadnienia ewolucji.

Wykład obejmuje podstawowe zagadnienia chemii organicznej i fizycznej chemii organicznej. Szczególnie rozwinięte są zagadnienia dotyczące reaktywności, struktury i właściwości cząsteczek biologicznych (aminokwasy, białka, cukry, pochodne kwasów nukleinowych). 

P. Mastalerz, Chemia organiczna.

1. Białka - struktura I, II, III i IV- rzędowa. Ewolucja molekularna białek, systematyka białek.
2. Enzymy. Terminy i jednostki, specyficzność, systematyka i nomenklatura enzymów. Kinetyka enzymatyczna - teoria Michaelisa. Rodzaje inhibicji i aktywacji enzymów. Allosteria. Regulacja aktywności enzymów. Mechanizm działania enzymów - budowa miejsca aktywnego, mechanizmy katalityczne. Kompleksy enzymatyczne. Koenzymy - budowa, rodzaje reakcji katalizowanych, wybrane mechanizmy elektronowe.
3. Metabolizm białek. Enzymy proteolityczne. Transminacja, dekarboksylacja, dezaminacja oksydacyjna. Cykl mocznikowy. Oksydacyjna dekarboksylacja alfa-ketokwasów.
4. Kwasy nukleinowe. Struktura I- rzędowa. Biosynteza z prekursorów. DNA-struktura II- i III- rzędowa. RNA: t-RNA, m-RNA, r-RNA. Enzymy rozszczepiające kwasy nukleinowe. Funkcje genetyczne: replikacja DNA, transkrypcja RNA- processing, splicing. Geny mozaikowe. Mechanizm przekazywania informacji genetycznej. Kod genetyczny. Translacja - biosynteza białka.
5. Wirusy - budowa, cykl życiowy i patogenność, wirus HIV.
6. Węglowodany - budowa i metabolizm. Mono-, di- i polisacharydy zwierzęce i roślinne. Glikozydy. Hydroliza i fosforoliza polisacharydów. Glikoliza i fermentacja. Fosforylacja substratowa. Cykl Krebsa. Cykl pentozowy. Glukoneogeneza. Fotosynteza - proces ciemniowy - cykl Calvina.
7. Lipidy - budowa i metabolizm. Tłuszcze właściwe, fosfolipidy, glikolipidy, sterydy, woski, izoprenoidy, witaminy. Metabolizm: trawienie tłuszczów, beta-oksydacja kwasów tłuszczowych, biosynteza kwasów tłuszczowych, glicerydów i fosfolipidów.
8. Utlenianie biologiczne - podstawy bioenergetyki. Sprzężenie przez ATP i inne związki "wyskoenergetyczne" procesów endo- i egzoergicznych. Przyczyny wysokiej zmiany entalpii swobodnej hydrolizy związków "bogatych w energię". Łańcuch oddechowy. Przenośniki elektronów i ich potencjały oksydoredukcyjne. Mechanizm fosforylacji oksydacyjnej wg. Mitchella. Porównanie bilansu energetycznego fosforylacji oksydacyjnej i substratowej. Budowa mitochondrium.
9. Fotosynteza - proces świetlny. Budowa chloroplastu. Barwniki kompleksu antenowego. Fotochemiczne pompowanie chlorofilu. Fotosystem I i II. Transport elektronów w procesach fosforylacji cyklicznej i niecyklicznej.
10. Biochemia organelli komórkowych - lokalizacja procesów biochem. Błona komórkowa - budowa, skład chemiczny. Mechanizmy i energetyka transportu błonowego aktywnego i biernego. Kanały i pory błonowe, przenośniki, kotransport, jonofory. ATP-azowa pompa sodowo-potasowa w błonie. Pompa wapniowa. Jądro komórkowe - budowa chromosomu pro- i eukariotycznego, plazmidy, transposony. Biochemia mitochondrium, funkcje biochemiczne retikulum endoplazmatycznego rybosomów.
11. Współzależności metaboliczne. Etapy katabolizmu komórkowego. Dopływy i odpływy z cyklu Krebsa do puli białek, węglowodanów i tłuszczowców. Współgranie katabolizmu tlenowego i beztlenowego, regulacja allosteryczna.
12. Regulacja metabolizmu. Jacoba-Monda model indukcji i represji enzymatycznej. Inne mechanizmy regulacji na poziomie genetycznym. Regulatory endogenne allosterczne. Sygnalizacja międzykomórkowa.
13. Regulacja hormonalna - mechanizmy. System fosforylacji białek przez kinazy białkowe zależne od cAMP.
14. Regulacja przez układ nerwowy. Przewodzenie wzdłuż neuronu i na synapsach. Neurotransmitery. Rola jonów Ca++ i kalmeduliny.

A.L. Lehninger, Biochemia.

P. Karlson, Zarys Biochemii, t. I i II.

Wstęp do biofizyki.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Chemia organiczna.

Zaliczenie ćwiczeń. Egzamin.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Program wykładu obejmuje teoretyczne i doświadczalne podstawy spektroskopii cząsteczek organicznych w zakresie bliskiego ultrafioletu, podczerwieni, mikrofal i magnetyczny rezonans jądrowy (NMR). Zagadnienia wstępne dotyczą przypomnienia fizycznych podstaw struktury molekuł z uwzględnieniem problemów symetrii (teoria grup) i konformacji, energii pojedynczej cząsteczki i makroskopowego układu cząsteczek, oddzialywania układu cząsteczkowego z promieniowaniem elektromagnetycznym (absorpcja, emisja, rozpraszanie) oraz podstaw aparaturowych rejestracji widm z uwzględnieniem transformacji Fouriera i laserów. Kolejno omawiane są widma rotacyjne (MW), oscylacyjno-rotacyjne (IR) i elektronowo-oscylacyjno rotacyjne (UV-VIS), dichroizm liniowy (LD) i kołowy (CD), zjawisko Ramana i rezonansowe zjawisko Ramana. W zakresie spektroskopii NMR prezentowane są zagadnienia klasycznego i kwantowego opisu oddziaływania jąder z zewnętrznymi polami magnetycznymi i otoczeniem molekularnym (relaksacja) oraz jądrowy efekt Overhausera. Spektroskopia jednowymiarowa jest rozszerzona do metod wieloimpulsowych i wielowymiarowych w zastosowaniu do makromolekuł biologicznych. Omawiane są zastosowania NMR w identyfikacji cząsteczek i wyznaczaniu ich struktury i dynamiki ruchów molekularnych.

P. W. Atkins, Molekularna mechanika kwantowa.
W. Demtroder, Spektroskopia laserowa.

T. Evans, Biomolecular NMR spectroscopy.

Mechanika klasyczna, Elektrodynamika, Fizyka statystyczna

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Mechanika kwantowa I 

Egzamin.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Program wykładu obejmuje zagadnienia struktury przestrzennej /konformacja/, dynamiki ruchów molekularnych i oddziaływań międzycząsteczkowych polimerów biologicznych, białek i kwasów nukleinowych oraz podstawowych metod doświadczalnych i teoretycznych badania tych zagadnień. Zagadnienia wstępne obejmują przypomnienie budowy chemicznej, mechanizmów biosyntezy i roli biologicznej kwasów nukleinowych i białek. Następnie omawiane są szczegółowo metody badania konformacji i dynamiki biopolimerów: sekwencjonowanie, elektroforeza, ultrawirowanie, magnetyczny rezonans jądrowy (NMR), dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego na monokryształach i włóknach, dynamika molekularna (MD), z rozszerzeniem kwantowym i na dynamikę brownowską. Omawianie struktur i dynamiki kwasów nukleinowych DNA i RNA oraz białek jest prowadzone od poziomu monomerów składowych do poziomu struktur trzecio- i czwartorzędowych. Szczególny nacisk położony jest na najbardziej aktualne, "gorące" zagadnienia prezentowane w literaturze światowej, np. zwijanie /folding/ białek in vitro i in vivo, specyficzne rozpoznawanie wzajemne białek i kwasów nukleinowych o ściśle określonych sekwencjach, niemichaelisowskie przebiegi kinetyki reakcji enzymatycznych.

T.E. Creighton, Proteins. Structures and molecular properties.

Pracownia chemii fizycznej, Pracownia biochemii, Mechanika kwantowa II.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Spektroskopia molekularna, Biochemia.

Egzamin ustny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Wykład obejmuje wybrane, a jednocześnie będące kluczowymi, zagadnienia ze współczesnej genetyki molekularnej. W rozważaniach nad strukturą i funkcją DNA omawiane są takie tematy, jak: dlaczego DNA ma strukturę helikalną, różne rodzaje heliksów, formy heliksów w przestrzeni, superzwinięcie DNA, DNA i chromosomy, metody stosowane do badania struktury DNA, DNA jako matryca w procesie transkrypcji ? zasady procesu transkrypcji, organizacja sekwencji DNA, kompleks transkrypcyjny, regulacja procesu transkrypcji, transkrypcja a nukleosomy. Kolejnym cyklem tematów są sprawy związane ze strukturą i funkcją różnych rodzajów RNA, m.in.: procesy dojrzewania RNA (splicing, capping, poliadenylacja), transport wewnątrzkomórkowy kwasów rybonukleinowych i jego regulacja, mechanizmy biosyntezy białka. Sporo miejsca w wykładach poświęcone jest molekularnym mechanizmom oddziaływania faktorów białkowych z odpowiednimi strukturami kwasów nukleinowych w kluczowych dla biologii molekularnej procesach. Wydzielony blok wykładów obejmuje tematy związane z inżynierią genetyczną, w tym: uzyskiwanie genu do rekombinacji, wprowadzanie rekombinowanego genu do komórek pro- i eukariotycznych, analiza zrekombinowanych komórek, sekwencjonowanie genów i genomów, praktyczne wykorzystanie genetyki molekularnej (molekularna medycyna, kontrolowane modyfikacje genetyczne mikroorganizmów roślin i zwierząt).

Nowe tendencje w biologii molekularnej i inżynierii genetycznej oraz medycynie, Wyd. Sorus, Poznań.

A. Jerzmanowski, Geny i ludzie.

L. Stryer, Biochemia.

Biochemia (dla studentów Biofizyki).

Egzamin.

Liczba godzin ćw./tydz.: 12

Program:

1. Badanie mechanizmu działania enzymów metodami spektroskopii fluorescencji statycznej i czasoworozdzielczej. 
2. Pomiary fosforescencji białek w matrycach niskotemperaturowych, analiza przejść elektronowych i określenie czasów życia stanów trypletowych w białkach.
3. Kinetyka procesów asocjacji białko-ligand badana metodami spektroskopii zatrzymanego-przepływu.
4. Określanie konformacji podjednostek kwasów nukleinowych metodami spektroskopii jądrowego rezonansu magnetycznego. 
5. Wyznaczanie struktury pierwszorzędowej peptydu z widm jądrowego rezonansu magnetycznego. 
6. Określanie form tautomerycznych podjednostek kwasów nukleinowych metodami spektroskopii w podczerwieni.
7. Spektroskopia w podczerwieni cząsteczek izolowanych w gazowych matrycach niskotemperaturowych. 
8. Zastosowanie metod biologii molekularnej do tworzenia rekombinowanych genów i otrzymywanie produktów tych genów. 
9. Badanie elektrostatycznych właściwości białek i kwasów nukleinowych w roztworze metodami elektrodynamiki ośrodków ciągłych w oparciu o model Poissona-Boltzmanna.
10. Badanie dielektrycznych właściwości wody metodami Monte Carlo i dynamiki molekularnej.
11. Badanie dynamiki konformacyjnej białek i kwasów nukleinowych metodami dynamiki molekularnej.
12. Kinetyka procesów asocjacji białko-ligand badana metodami dynamiki brownowskiej.

Pracownia Chemii Fizycznej dla studentów IV roku biofizyki.

Pracownia Biochemii dla studentów IV roku biofizyki (opcja biofizyki doświadczalnej) lub Fizyka statystyczna I (opcja biofizyki teoretycznej).

Średnia ocen z obu ćwiczeń.

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

Na wykładzie dyskutowane są stosunkowo proste układy i procesy z obszarów fizyki, chemii i biologii. Omawiane są algorytmy pozwalające na symulację tych procesów. Algorytmy są optymalizowane, badana jest również ich stabilność. Przedstawione są modele klasycznej oraz kwantowej mechaniki i dynamiki oraz typowe zastosowania tych modeli.

1. Współczesne architektury komputerowe. Superskalarne stacje robocze. Wektorowe i masywnie równoległe superkomputery.
2. Teoria i eksperyment. Modelowanie i symulacje procesów fizycznych i biomolekularnych. Redukcjonizm. Trajektorie w przestrzeni fazowej. Klasyfikacja systemów dynamicznych. Procesy stochastyczne i kwantowe.
3. Dyskretyzacja przestrzeni fazowej. Prawo wielkich liczb. Rozkłady gęstości. Funkcje korelacji.
4. Periodyczne warunki brzegowe. Metody skończonych różnic. Algorytmiczna stabilność.
5. Algorytmy Monte-Carlo i dynamiki molekularnej.
6. Proste dyskretne modele. Modele twardych i miękkich kul oraz rzeczywiste układy atomowe i molekularne.
7. Przegląd kwantowych metod pozwalających na wyznaczanie mikroskopowych potencjałów oddziaływania między układami atomowymi lub molekularnymi: (a) Przybliżenie Borna - Oppenheimera. (b) Metoda Hartree - Focka rozszerzona o rachunek zaburzeń Mellera - Plessera uwzględniający energię korelacji. (c) Perturbacyjny rachunek zaburzeń w przybliżeniu polaryzacyjnym. (d) Metody typu "Density Functional".
8. Symulacje układów dyskretnych w stanach równowagowych. (a) Podstawowe zespoły statystyczne i termodynamiczne właściwości. Mikroskopowy obraz ciśnienia, temperatury oraz ciepła właściwego. (b) Termodynamiczne funkcje odpowiedzi. Termodynamiczne całkowanie. Symulacje różnic energii swobodnej.
9. Symulacje ewolucji w czasie układów dyskretnych. (a) Czasowe funkcje korelacji. (b) Współczynniki transportu. Proste procesy dyfuzyjne. (c) Lepkość i inne makroskopowe właściwości.
10. Przegląd wybranych zastosowań. (a) Kropla cieczy. (b) Stopione sole. (c) Ciekłe kryształy. (d) Cienkie warstwy.
11. Struktura i dynamika kwasów nukleinowych, nośników informacji genetycznej.
12. Struktura i dynamika białek. Wstęp do symulacji reakcji enzymatycznych.

R.W. Hockney, J.W. Eastwood, Computer Simulation Using Particles.

M. P. Allen, D.J. Tildesley, Computer Simulation of Liquids.

J.A. McCammon, S. Harvey, Dynamics of Proteins and Nucleic Acids.

B. Lesyng, J.A. McCammon, Molecular Modeling Methods, Basic Techniques and Challenging Problems in Pharmac.Ther. vol. 60, pp.149-167, 1993.

Fizyka statystyczna I, Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem: 

Fizyka I, II, III, IV, V, Mechanika kwantowa I.

Zaliczenie ćwiczeń. Egzamin.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Program:

• Spektroskopia emisyjna biopolimerów, komórek i tkanek. 
• NMR w biofizyce biopolimerów, biochemii i medycynie.
• Krystalografia i krystalizacja biopolimerów.
• Metody relaksacyjne w biofizyce.
• Podstawy zastosowania komputerów w symulacji procesów molekularnych i interpretacji obserwacji doświadczalnych. 

J.R. Lakowicz, Principles of fluorescence spectroscopy.

A. Kawski, Fotoluminescencja roztworów.

J.A. McCammon i S. Harvey, Dynamics of Proteins and Nucleic Acids.

C.F. Bernasconi, Relaxation kinetics.

C.R. Cantor i P.R. Schimmel, Biophysical Chemistry.

W. Saenger, Principles of Nucleic Acid Structure.

A.R. Fersht, Enzyme Structure and Mechanism.

T.L. Blundell i L.N. Johnson, Protein Crystallography.

Biofizyka molekularna I; Wstęp do spektroskopii molekularnej.

Egzamin pisemny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

1. W wykładzie omawiane są najbardziej popularne metody modelowania molekularnego stosowane w biologii molekularnej i biofizyce. Metody odwołują się do modeli z obszaru fizyki mikroskopowej i mezoskopowej. Prezentowane są podstawowe programy komputerowe pozwalające na prowadzenie badań naukowych w w/w dziedzinach. W szczególności są to programy z obszarów chemii kwantowej, mechaniki molekularnej, dynamiki molekularnej, rozwiązujące równania Poissona-Boltzmanna oraz programy pozwalające badać procesy dyfuzji w układach biomolekularnych. Ćwiczenia są skorelowane z wykładem.
2. Przegląd wybranych technik eksperymentalnych, dostarczających informacji o strukturze przestrzennej i dynamice molekuł, w tym biopolimerów (optyczna spektroskopia molekularna, NMR, dyfrakcja rentgenowska i neutronowa).
3. Wstęp do teorii elektronowej molekuł: Metody ab initio pola samouzgodnionego. Bazy funkcyjne. Poprawki korelacyjne. Własności elektronowe. Potencjał elektrostatyczny. Programy: Turbomole, Gamess i Gaussian.
4. Metody funkcjonału gęstości elektronowej: Twierdzenie Kohna-Sharna. Przybliżenie "local density". Poprawki nielokalne. Programy: DMol i DGauss.
5. Mikroskopowe modele oddziaływań międzycząsteczkowych: Przybliżenie polaryzacyjne. Wkłady wymienne.
6. Struktura funkcji energii potencjalnej dla układów makrocząsteczkowych: Rola oddziaływań elektrostatycznych. Pola siłowe dla kwasów nukleinowych i białek. Algorytmiczne metody optymalizacji geometrii makrocząsteczek poprzez minimalizację funkcji energii potencjalnej.
7. Mikroskopowa mechanika (MM) i dynamika molekularna (MD): Programy: Amber, Argos, Discover, Gromos, X-Plor. Interpretacja struktury kwasów nukleinowych i białek.
8. Wykonanie symulacji MD w różnych zespołach statystycznych: Metody wyznaczania energii swobodnej.
9. Kwantowa dynamika układów molekularnych: Sprzężenia między układami kwantowymi i klasycznymi, kwantowo-klasyczna dynamika molekularna. Mikroskopowy opis reakcji enzymatycznych. Program QCMD.
10. Molekularne modele mezoskopowe: Równanie Poissona-Boltzmanna. Energia elektrostatyczna układów makrocząsteczkowych. Programy: DelPhi i UHBD. Oddziaływania hydrofobowe.
11. Mechanizm wzajemnego, specyficznego rozpoznawania się układów biomolekularnych: Oddziaływania inhibitorów z enzymami (projektowanie leków). Oddziaływania kwasów nukleinowych i białek, w szczególności oddziaływania genów operatorowych z represorami. Programy: Ludi i APEX-3D.
12. Różne skale czasowe i przestrzenne molekularnych procesów dynamicznych: Związki między modelami mezoskopowymi i mikroskopowymi.
13. Opis procesu zwijania się białek do postaci funkcjonalnej ("protein folding").

Mechanika kwantowa I, Wstęp do modelowania matematycznego i komputerowego w naukach przyrodniczych.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem: 

Wstęp do biofizyki, Fizyka I, II, III, IV, Mechanika kwantowa II (dla studentów Biofizyki) lub Wstęp do fizyki atomu, cząsteczki i ciała stałego, Fizyka statystyczna I.

Egzamin.

Zajęcia obejmują podstawowe techniki pracy laboratoryjnej (przygotowywanie roztworów, pomiary pH, obliczanie siły jonowej, wyznaczanie stężeń roztworów) oraz badania procesów fizykochemicznych zachodzących w roztworach elektrolitów (równowagi kwasowo-zasadowe, równowagi redoks, równowagi tautomeryczne) przy pomocy różnych metod doświadczalnych: spektroskopii absorpcyjnej UV/VIS, IR, fluorescencji, NMR oraz metod elektrochemicznych.

Praca zbiorowa, Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji zwiazków organicznych

A. Cyganski, Metody elektroanalityczne

C. A. Parker, Photoluminescence of solutions

Opis podstawowych elementów budowy i najważniejszych zasad funkcjonowania organizmu człowieka obejmuje różne poziomy strukturalne, począwszy od cząsteczkowego i komórkowego, poprzez tkankowy, narządowy i układowy, kończąc na organizmie jako całości. Szczególna uwaga jest zwrócona na zależności łączące prawidłowe i patologiczne zjawiska na różnych poziomach, zwłaszcza związanych z procesami regulacyjnymi i ich zaburzeniami. Tematyka obejmuje zasady działania podstawowych - przede wszystkim fizycznych - metod badawczych, naukowych i diagnostycznych, terapeutycznych i innych.

Wykład ma uzupełniać i porządkować wiedzę biomedyczną już posiadaną lub kiedyś nabytą przez studentów: omawiana tematyka powinna stanowić dobry punkt wyjścia dla dalszego rozwijania wiedzy w bardziej specjalnych dziedzinach związanych z przyszłą pracą zawodową.

W.Z. Traczyk, Fizjologia człowieka w zarysie.

Podstawy cytofizjologii, red. J. Kawiak i in., PWN.

Podstawy biofizyki - podręcznik dla studentów medycyny, red. A.Pilawski, PZWL.

Biochemia Harpera, wyd. 3, red. R. K. Murray i in., PZWL.

Anatomia człowieka, wyd. 5, red, J. Sokołowska-Pituchowa, PZWL.

A. Michajlik, W. Ramotowski, Anatomia i fizjologia człowieka.

Patofizjologia - podręcznik dla studentów medycyny, PZWL.

1. Problematyka fizyczna w radiodiagnostyce.
2. Techniki badań diagnostycznych.
3. Aparatura obrazująca i jej parametry fizyczne.
4. Tomografia komputerowa w diagnostyce rentgenowskiej i medycynie nuklearnej. 
5. Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego.
6. Źródła promieniowania: lampy rtg, i radiofarmaceutyki.
7. Detektory promieniowania.
8. Oddziaływanie promieniowania X i gamma w obiektach biologicznych.
9. Metody obrazowania w diagnostyce medycznej.
10. Przetwarzanie danych w diagnostyce ilościowej i prezentacja danych.
11. Metody statystyczne w technikach obrazowania.
12. Ocena jakości obrazów diagnostycznych.
13. Dozymetria promieniowania i stosowana aparatura w diagnostyce medycznej. 
14. Narażenie pacjentów na promieniowanie jonizujące.
15. Ochrona radiologiczna w zakładach stosujących promieniowanie jonizujące.
16. Kontrola jakości pracy aparatury diagnostycznej.

P. Sprawls, Physical principles of medical imaging.

Effective use of computers in nuclear medicine, red. Gelfand.

Problemy biocybernetyki i inż. biomed, red. M. Nałęcz, tom 1-6.

H. Morneburg, Bildgebene, Systeme fur die medizinische diagnostic.

Hospital health physics, red.G. Eichholz, J. Shonke.

Wybrane artykuły w czasopismach: Medical Physics, Am. Assoc. Phys. Med, Physics in Medicine and Biology, IOP Publishing Ltd.

Wstęp do fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych. 

Zaliczenie ćwiczeń i egzamin.

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

Wykład przygotowuje do świadomego i poprawnego stosowania najczęściej wykorzystywanych w praktyce (nie tylko naukowej) metod statystycznych. 

• Prawdopodobieństwo: zdarzenia niezależne, zmienna losowa. Gęstość prawdopodobieństwa: wartość oczekiwana, wariancja. Rozkłady: płaski, dwumianowy, Poissona, Gaussa, chi². Centralne twierdzenie graniczne, prawo wielkich liczb, nierówność Czebyszewa. 
• Resampling statistics, bootstrap -- nowe, intuicyjne podejścia do statystyki stosowanej z wykorzystaniem mocy komputerów. 
• Pobieranie próby - statystyka. Estymatory: nieobciążone i konsystentne. Metoda największej wiarygodności. 
• Weryfikacja hipotez statystycznych. Rozkład Studenta, F, dwuwymiarowy rozkład normalny. Korelacja, macierz kowariancji. Regresja liniowa. 
• Analiza wariancji jednej (ANOVA) i wielu zmiennych (MANOVA). Test chi² dobroci dopasowania. 
• Krótko: 
• Twierdzenie Bayesa i Bayesowska szkoła statystyki. 
• Analiza dyskryminacyjna. Analiza składowych głównych. Analiza skupień. 
• Testy nieparametryczne. 
• Sztuczne sieci neuronowe. 

Analiza, Algebra

Zajęcia sugerowane do zaliczenia przed wykładem: 

Programowanie I i II

Zaliczenie ćwiczeń i egzamin ustny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

Wykład obejmuje podstawy klasycznej (widmowej) i współczesnej (falki, czas-częstość) analizy sygnałów: 

• Podstawy: przestrzeń Hilberta, współczynniki Fouriera, pojęcie złożoności obliczeniowej algorytmu - notacja O(.), problemy NP-trudne. 
• Systemy liniowe niezmiennicze w czasie (LTI): szereg i transformata Fouriera, twierdzenie o splocie, funkcja odpowiedzi impulsowej. Procesy AR, ARMA. 
• Opis systemu LTI z pomocą liniowych równań różnicowych. Przekształcenie Z. Funkcja systemu. 
• Próbkowanie sygnałów ciągłych - twierdzenie Nyquista. Teoria i praktyka konstrukcji filtrów częstotliwościowych. 
• Procesy stochastyczne, estymacja widma mocy. 
• Pomiędzy czasem a częstością: zasada nieoznaczoności Heisenberga, spektrogram, przekształcenie Wignera, falki (wavelets), matching pursuit. 
• Krótko: algorytmy genetyczne. 

Skrypt rozdawany na zajęciach.

Analiza, Algebra, Wnioskowanie Statystyczne

Zajęcia sugerowane do zaliczenia przed wykładem: 

Programowanie I i II

Zaliczenie ćwiczeń i egzamin ustny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

1. Program:
2. Zjawiska jonowe w komórkach nerwów i mięśni. Powstawanie różnicy potencjałów w poprzek błony aktywnej. Teoria Hodgkina Huxleya.
3. Propagacja pobudzenia elektrycznego. Przewodnictwo skokowe. Przewodnictwo synaptyczne i potencjały postsynaptyczne. Transmisje w zespołach neuronów. 
4. Zjawiska elektryczne w komórkach mięśniowych. Sterowanie mięśniami. 
5. Zjawiska elektryczne w narządach zmysłów. Aktywna transdukcja bodźca. Mechanizmy zapewniające wysoką czułość i rozdzielczość. 
6. Przewodnictwo objętościowe. Właściwości elektryczne tkanki i ich wpływ na potencjały mierzone w różnych reżimach eksperymentalnych.
7. Elementy analizy sygnałów stochastycznych.
8. Powstawanie, rejestracja, metody analizy sygnałów elektrycznych i magnetycznych: EEG, EP, EMG, ERG, EOG, EDG, MEG, MKG.
9. Modelowanie aktywności populacji neuronów. Teoria Freeman'a.
10. Sieci neuropodobne. Neurony formalne. Perceptron i Adaline. Modele pamięci asocjacyjnej - sieci Hopfielda. Sieci wielowarstwowe ze szczególnym uwzględnieniem metody propagacji wstecznej błędu. Uczenie nadzorowane, uczenie bez nadzoru, uczenie ze wzmocnieniem.

P. Nunez, Electric fields of the brain.

W.J. Freeman, Mass action in the nervous system.

J. Hertz, A. Krogh, R. Palmer, Wstęp do teorii obliczeń neuronowych.

Elektrodynamika.

Egzamin ustny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 1

Podstawy radiobiologii klinicznej - śmierć komórki pod wpływem promieniowania jonizującego - modele, prawdopodobieństwo kontroli miejscowej nowotworu, prawdopodobieństwo uszkodzenia - wczesne i późne uszkodzenia, model liniowo-kwadratowy - ćwiczenia praktyczne z zastosowań.

Podstawy dozymetrii promieniowania jonizującego - oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią, KERMA, dawka zaabsorbowana i wzajemne zależności, komora jonizacyjna Raport 277 IAEA - ćwiczenia praktyczne z obliczania dawki zaabsorbowanej.

Opis wiązki promieniowania w absorbencie - wiązki elektronów i fotonów, procentowa dawka głęboka, profil wiązki, izodozy, moc dawki, model Cunningama (dawka pierwotna i rozproszona), ćwiczenia z obliczania czasów napromieniowania.

Podstawy planowania leczenia - techniki teleradioterapii, przygotowanie i optymalizacja rozkładu dawki, ćwiczenia z zastosowaniem komputerowego systemu planowania.

Zaliczenie ćwiczeń i egzamin.

Liczba godzin ćw./tydz.: 2 

1. Wprowadzenie. 

• Modele w naukach biologicznych. 
• Modele fizyczne, statyczne, dynamiczne.

1. Modele dynamiczne przestrzennie jednorodne.

1. Ciągłe 
2. Dyskretne

1. Elementy analizy jakościowej modeli dynamicznych przestrzennie jednorodnych.

1. Analiza stanów stacjonarnych
2. Bifurkacje
3. Analiza cykli granicznych
4. Chaos w układach deterministycznych

1. Elementy kinetyki reakcji chemicznych z udziałem enzymów.

1. Metoda stężeń quasi stacjonarnych
2. Łańcuchy reakcji enzymatycznych

1. Modelowanie kompartmentowe neuronów

1. Model Hodgkina-Huxleya 
2. Teoria Ralla
3. Model Fitzhugh-Nagumo
4. Model integrate and fire, leaky integrator

1. Modele populacji neuronów

1. Model Wilsona i Cowana
2. Model Freemana

1. Model cyklu komórkowego
2. Modele hodowli komórkowych

1. Hodowle bez przepływu

1. Hodowle przepływowe

1. Układy przestrzennie niejednorodne

1. Modele dyfuzyjne
2. Struktury dyssypatywne

Żaden podręcznik nie odpowiada ściśle programowi wykładu. Literatura (głównie prace orygi nalne i artykuły przeglądowe) jest podawana bieżąco na wykładzie.

Algebra, Analiza matematyczna I i II ,Metody numeryczne

Zaliczenie ćwiczeń. Egzamin pisemny i ustny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

1. Cechy komórki prokariotycznej i eukariotycznej.
2. Białka -struktura I-, II-, III-, IV- rzędowa.
3. Enzymy.
4. Zarys budowy węglowodanów i lipidów.
5. Zarys katabolizmu białek, węglowodanów i tłuszczów, cykl Krebsa ? końcowy wspólny etap przemian.
6. Utlenianie biologiczne - podstawy bioenergetyki. Sprzężenie przez ATP procesów endo- i egzoergicznych. Łańcuch oddechowy, przenośniki elektronów i ich wzorców, potencjały redukcyjne. Mechanizm fosforylacji oksydacyjnej wg. Mitchella. Budowa mitochondrium. Bilans energetyczny fosforylacji oksydacyjnej i substratowej. 
7. Fotosynteza. Reakcje świetlne i ciemniowe. Zarys cyklu Calvina. Budowa chloroplastu. Kompleks antenowy i jego barwniki. Fotochemiczne pompowanie cząsteczki chlorofilu. Transport elektronów w procesach fosforylacji fotosyntetycznej cyklicznej i niecyklicznej. Fotosystemy I i II.
8. Kwasy nukleinowe - struktura i funkcje. DNA - budowa chromosomu, replikacja. Mutacje. Procesy reperacji DNA. Mutacje a etiologia nowotworów. RNA - transkrypcja t-RNA, m-RNA i r-RNA. Translacja - biosynteza białka. Kod genetyczny. Zasady inżynierii genetycznej. Przyczyny nowotworów. 
9. Wirusy DNA i wirusy RNA, bakteriofagi - budowa, główne typy, schemat cyklu życiowego. Fagi lizogenne. Wirus HIV - cykl życiowy. Wiroidy i ewolucja wirusów.
10. Błony - budowa i skład chemiczny. Mechanizmy transportu błonowego aktywnego i biernego. Kanały i pory błonowe, kotransport, przenośniki, jonofory. ATP-azowa pompa sodowo-potasowa w błonie - budowa i działanie. Pompa wapniowa.
11. Proces widzenia. Budowa oka i siatkówki, pręciki i czopki. Przewodzenie impulsu elektrycznego wzdłuż aksonu i na synapsach (patrz niżej). Mechanizm widzenia rola rodopsyny; transducyny i in. białek.
12. Skurcz mięśnia. Budowa mięśnia szkieletowego. Mechanizm skurczu - rola miozyny, aktyny i in. białek. Regulacja skurczu przez jony Ca⁺⁺ - kalsekwestryna.
13. Regulacja metabolizmu. Regulacja na poziomie genetycznym - Jacoba i Monoda model indukcji i represji enzymatycznej. Regulatory endogenne - inhibicja i aktywacja allosteryczna. Sygnalizacja międzykomórkowa. Regulacja hormonalna - mechanizmy. System fosforylacji białek przez kinazy białkowe zależne od cAMP-białko przewodzące G i in. białka.
14. Regulacja przez układ nerwowy. Układ nerwowy sympatyczny i parasympatyczny. Przewodzenie stanu depolaryzacji wzdłuż neuronu. Przewodzenie synaptyczne. Neurotransmitery pobudzające i hamujące. Rola jonów Ca⁺⁺ i kalmoduliny. Neurotransmitery a pamięć. Leki i trucizny związane z hamowaniem synaptycznym.

L. Stryer, Biochemia.

S. Rose, S. Bullock, Chemia życia.

Wstęp do biofizyki.

Egzamin ustny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

1. Promieniowanie w środowisku naturalnym. Monitoring środowiska w Polsce.
2. Dawka graniczna, dawka pochłonięta i dawka skuteczna.
3. Zagrożenie radiacyjne w medycynie nuklearnej i radiologii, narażenie medyczne.
4. Skutki uwolnień radioaktywnych w środowsku naturalnym (Czarnobyl, fabryki przerobu paliwa, próbne wybuchy jądrowe).
5. Energia i energetyka jądrowa.
6. Krótkotrwałe i długotrwałe skutki narażenia radiacyjnego.
7. Mikrodozymetria i hormeza.
8. Ogólne zasady pracy ze źródłami promieniowania.

Egzamin ustny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Chemia ogólna. Elementy chemii nieorganicznej i analitycznej. Chemia i materia. Elektron i jądra atomów. Pierwiastki i związki chemiczne. Układ okresowy i struktura elektronowa atomów. Kowalencyjność a struktura elektronowa. Woda i roztwory. Równowaga chemiczna i szybkość reakcji chemicznych. Reakcje utleniania i redukcji. Kwasy, zasady i roztwory buforowe. Własności związków chemicznych. Podstawy chemii analitycznej. Rozpoznawanie typowych zanieczyszczeń nieorganicznych występujących w glebie, wodzie i powietrzu oraz metody ich usuwania. 

Egzamin ustny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Podstawowe wiadomości o klasach związków organicznych: węglowowdory (łańcuchowe, cykliczne, aromatyczne); fluorowcopochodne; alkohole; fenole; etery; aldehydy; kwasy karboksylowe i ich pochodne; związki zawierające azot: aminy i amidy, związki nitrozowe i nitrowe, nitryle i inne; związki zawierające siarkę: tiole, sulfidy, sulfotlenki i inne; związki heterocykliczne; polimery, związki organiczne zawierające inne heteroatomy z uwzględnieniem takich ich własności jak lotność, rozpuszczalność w wodzie, toksyczność, możliwość utylizacji itp. Ponadto w programie przewiduje się omówienie podstawowych wiadomości z metod identyfikacji związków organicznych.

Egzamin ustny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 3

Podstawowe czynności laboratoryjne: rozpuszczanie, roztwarzanie, ogrzewanie, strącanie osadów, sączenie, przemywanie itp. oraz posługiwanie się niezbędnym sprzętem laboratoryjnym; typy reakcji chemicznych: synteza, analiza, wymiana; reakcje chemiczne: szybkość reakcji, równowaga reakcji, kierunek przebiegu reakcji, katalizatory; równowagi reakcji i reakcje w roztworach: zobojętnianie, strącanie, kompleksowanie, utlenianie i redukcja; właściwości niektórych substancji w stanie wolnym i związanym; reakcje charakterystyczne, identyfikacja niektórych jonów, wolnych pierwiastków i związków chemicznych (np.: metali, niemetali, kwasów, zasad, soli, niektórych częściej spotykanych mających znaczenie z punktu widzenia ochrony środowiska związków węgla i ich pochodnych).

Zaliczenie ćwiczeń.

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

1. Podstawy matematyczne optyki fourierowskiej: analityczne reprezentacje sygnałów jedno- i dwuwymiarowych, splot i korelacja, dwuwymiarowe przekształcenie Fouriera, przekształcenia: Fouriera-Bessela, Hilberta i Mellina i ich związek z przekształceniem Fouriera, dwuwymiarowe twierdzenie o próbkowaniu, dyskretne przekształcenie Fouriera.
2. Układ optyczny jako dwuwymiarowy układ liniowy: niezmienniczość przestrzenna, odpowiedź impulsowa, funkcja przenoszenia.
3. Fizyczne podstawy optyki fourierowskiej: fale świetlne, amplituda zespolona, zasada superpozycji, częstości przestrzenne, Kirchhoffa teoria dyfrakcji, teoria dyfrakcji w sformułowaniu Rayleigha ?Sommerfelda, dyfrakcja w obszarze Fraunhoffera jako przekształcenie Fouriera pola optycznego.
4. Transformacyjne właściwości soczewek: soczewka jako element realizujący przekształcenie fazy fali świetlnej, soczewka jako element realizujący przekształcenie Fouriera rozkładu amplitudy zespolonej, soczewka jako element obrazujący, odpowiedź impulsowa soczewki.
5. Filtracja częstości przestrzennych i obróbka sygnałów optycznych: koherentny procesor 4-f, filtry częstości przestrzennych tworzone z pomocą komputera, metoda Lohmanna kodowania amplitudy i fazy, optyczna realizacja wybranych operacji matematycznych, filtry dopasowane i rozpoznawanie obrazów, korelatory niezmiennicze względem skali i obrotu obrazu, wizualizacja przedmiotów fazowych, wielokanałowa obróbka jednowymiarowych sygnałów optycznych, niekoherentne przetwarzanie obrazów.
6. Układ optyczny jako filtr częstości przestrzennych: powstawanie obrazów przy oświetleniu koherentnym i niekoherentnym, koherentna i niekoherentna funkcja przenoszenia, porównanie odwzorowania przy oświetleniu koherentnym i niekoherentnym. 

K. Gniadek, Optyka fourierowska.

J.W. Goodman, Introduction to Fourier Optics.

E.G. Steward, Fourier Optics - an introduction.

W.T. Cathey Optyczne przetwarzanie informacji i holografia.

Egzamin ustny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

1. Optyczne przetwarzanie informacji jako interdyscyplinarna dziedzina nauki i techniki. Uogólniony model układu optycznego przetwarzania informacji.
2. Koherentne procesory optyczne ze sprzężeniem zwrotnym. Optyczne rozwiązywanie równań różniczkowych cząstkowych oraz równań całkowych metodą filtracji częstości przestrzennych. Przetwarzanie obrazów z pomocą koherentnych i quasi-koherentnych układów ze sprzężeniem zwrotnym.
3. Niekoherentne przetwarzanie sygnałów optycznych. Układy hybrydowe optyczno-elektroniczne i ich zastosowanie w optycznym (optoelektronicznym) przetwarzaniu informacji.
4. Nieliniowe przetwarzanie obrazów. Przetwarzanie półtonowe. Realizacja wybranych operacji nieliniowych metodą przetwarzania półtonowego. Modulacja theta. Optyczna realizacja funkcji logicznych. Analogowo-cyfrowe przetwarzanie obrazów.
5. Układy optyczne przestrzennie zmiennicze. Optyczne metody realizacji liniowych operacji przestrzennie zmienniczych na sygnałach jedno- i dwuwymiarowych. Transformacje geometryczne.
6. Poprawianie obrazów.
7. Tomografia optyczna. Przekształcenie Radona i jego związek z przekształceniem Fouriera. Optyczna realizacja przekształcenia Radona.
8. Optyczne i optoelektroniczne metody realizacji modeli sieci neuronowych i pamięci skojarzeniowych. Asocjacyjne właściwości hologramów. Optyczna implementacja modelu Hopfielda sieci neuronowej. Sieci komórkowe i ich realizacja w układach hybrydowych optyczno-elektronicznych.

Uwaga:

Wykład jest prowadzony na Wydziale Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej PW.

K. Gniadek, Optyczne przetwarzanie informacji.

H. Stark, Applications of Optical Fourier Transforms.

Oryginalne prace opublikowane w czasopismach optycznych: Applied Optics, Journal of the 

Optical Soc. of America, Optics Communications. 

Optyka fourierowska.

Egzamin ustny.

1. Czym zajmuje się mechanika ośrodków ciągłych? Związki z mechaniką statystyczną i teorią kinetyczną. Hipoteza continuum i zakres jej stosowalności. Przypomnienie rachunku wektorowego. Równanie ciągłości. Równania trajektorii, linii prądu i smugi.
2. Regularne i chaotyczne linie prądu. Pochodna substancjalna. Nieściśliwość. Wirowość. Przepływy z symetrią i funkcje prądu.
3. Tensor naprężeń cieczy w spoczynku. Ciśnienie hydrostatyczne. Całki materialne i ich pochodne po czasie.
4. Równanie ewolucji wektora stycznego do linii materialnej. Tensor naprężeń w poruszającej się cieczy. Lepkość. Równanie Navier-Stokesa. Równanie Eulera. Prawo Bernoulliego.
5. Warunki brzegowe na granicy dwóch ośrodków. Osobliwy charakter granicy miu w 0 a istnienie warstwy granicznej. Napięcie powierzchniowe. Pierwsza zasada termodynamiki. Równanie zmiany energii wewnętrznej w płynie newtonowskim. Lepka dyssypacja energii mechanicznej. Lepkość objętościowa.
6. Ciepło właściwe. Współczynnik rozszerzalności cieplnej. Równania entropii i temperatury w płynie newtonowskim. Zupełny układ równań opisujący przepływ płynu newtonowskiego o niejednorodnej temperaturze.
7. Niejednostajny przepływ jednokierunkowy. Równanie dyfuzji. Wpływ lepkości na nieciągłość prędkości, dyfuzja wirowości. Skale długości i czasu charakterystyczne dla dyfuzji. Równania ruchu cieczy w poruszającym się układzie współrzędnych. Siła odśrodkowa i siła Coriolisa.
8. Spirala Ekmana. Liczba Rossbye'go. Pojęcie przepływu wielkoskalowego, znaczenie liczb bezwymiarowych. Wirowość i cyrkulacja, twierdzenie Kelvina. Wirowość absolutna. Pojęcie barotropowości.
9. Dynamika wirowości. Warstwa przyścienna w opływie płaskiej płyty. Liczba Reynoldsa. Opływ cylindra. Separacja warstwy przyściennej.
10. Potencjał zespolony dla dwuwymiarowego, nieściśliwego przepływu bezwirowego. Przepływy nielepkie w i wokół narożnika. Osobliwy charakter granicy nieskończonego Re.
11. Odwzorowania konforemne płaszczyzny przepływu. Opływ cylindra o przekroju kołowym. "Lift" i efekt Magnusa. Odwzorowanie Rukowskiego. Opływ cienkiej płytki. Zasada działania skrzydła samolotu. Mechanizm ustalania się cyrkulacji.
12. Podstawy teorii stabilności hydrodynamicznej. Niestabilność Kelvina-Helmholza. Symetrie przepływu a stosowalność modów normalnych do badania jego stabilności. Nieliniowe nasycanie.
13. Pojęcie nieliniowości i dyspersji fal. Fale na wodzie, związek dyspersyjny. Ruch elementów płynu w fali płaskiej. Dlaczego fale morskie są mniej więcej równoległe do brzegu? Rola napięcia powierzchniowego, fale kapilarne.
14. Analiza fourierowska fal. Prędkości grupowe fal na wodzie. Tłumienie fal na głębokiej wodzie. Oscylacje wywołane periodycznym ruchem sztywnej powierzchni. Lepka dyssypacja energii. Oscylacje wywołane periodycznym gradientem ciśnienia.

G.K. Batchelor, An introduction to fluid dynamics.

M.J. Lighthill, An informal introduction to theoretical fluid mechanics.

A.R. Patterson, A first course in fluid dynamics.

M. Van Dyke, An album of fluid motion.

Cz. Rymarz, Mechanika ośrodków ciągłych.

J. Bukowski, Mechanika Płynów.

C. Gołębiewski, E. Łuczywek, E. Walicki, Zbiór Zadań z mechaniki płynów.

B. Średniawa, Hydrodynamika i Teoria Sprężystości.

1. Skład i struktura atmosfery.
2. Promieniowanie w atmosferze. Atmosfera jako maszyna cieplna.
3. Pogoda i klimat: składniki pogody i klimatu; zjawiska atmosferyczne; strefy klimatyczne; masy powietrza, fronty, wyże i niże.
4. Podstawowe wiadomości o cyrkulacjach atmosferycznych. Wieloskalowość i oddziaływania międzyskalowe: ogólna cyrkulacja atmosfery; ruchy w skali synoptycznej; mezoskala i zjawiska lokalne; turbulencja.
5. Globalne zmiany klimatu: znaczenie oceanu; efekt szklarniowy, zachmurzenie; ozon w atmosferze.

S.P. Chromow, Meteorologia i klimatologia.

1. Równania różniczkowe cząstkowe: I-go rzędu liniowe i nieliniowe (charakterystyki), liniowe II-go rzędu trzech typów klasyfikacyjnych: paraboliczne, eliptyczne i hiperboliczne (rozchodzenie się osobliwości); widmowe metody rozwiązywania problemów początkowo-brzegowych, funkcje Greena, własności szeregów i transformaty Fouriera.
2. Metody przestrzeni Hilberta: liniowe równania całkowe Fredholma i Voltery, problem Sturma-Liouville'a, problemy wariacyjne.
3. Metody stochastyczne: podstawowe pojęcia probabilistyczne i wprowadzenie do procesów stochastycznych.

A. Piskorek, Równania całkowe.

1. Program:
1. Niestabilność warstwy cieczy podgrzewanej od spodu (Rayleigh-Benard). Przybliżenie Boussinesqa. Stan stacjonarny. Sprowadzanie równań do postaci bezwymiarowej, wielkości charakterystyczne. Bezwymiarowe liczby Rayleigha i Prandtla. Liniowa stabilność. Warunki brzegowe.Zjawisko "wymiany stabilności" dwóch stanów. Zasada wariacyjna. Krytyczna liczba Rayleigha. Stabilność dla obu powierzchni swobodnych, sztywnej u dołu i swobodnej u góry oraz obu sztywnych. Rolki konwekcyjne. Inne odmiany problemu niestabilności konwekcyjnej.
2. Teoria warstwy granicznej. Wyprowadzenie równań warstwy przyściennej. Przykład warstwy przyściennej w równaniu różniczkowym zwyczajnym z osobliwym zaburzeniem, porównanie teorii warstwy przyściennej z rozwiązaniem ścisłym. Warstwa przyścienna na płaskiej płycie o zerowym kącie natarcia.
3. Przepływy, w których bezwładność płynu można zaniedbać. Równanie Stokes'a i jego zastosowania. Przepływ o małej liczbie Reynoldsa wywołany przez poruszające się ciało. Sztywna kula w ruchu jednostajnym. Poprawka Oseena. Wzór Stokes'a na siłę oporu, prędkość grawitacyjnego opadania.
4. Opadająca kropla innej cieczy, prędkość grawitacyjnego opadania. Wznoszący się pęcherzyk gazu. Dwuwymiarowy przepływ Stokes'a w narożu.
5. Przepływy w obracającym się układzie odniesienia. Wiatr termiczny. Twierdzenie Taylora-Proudmana. Kolumny Taylora. Przepływ geostroficzny. Liczby Rossby'ego i Eckmana.
6. Teoria nielepkiej płytkiej wody w układzie obracającym się. Zachowanie wirowości potencjalnej. Liniowa teoria fal na płytkiej wodzie.
7. Fale płaskie w warstwie o stałej głębokości. Fale w nieskończenie długim kanale o stałej głębokości. Związek dyspersyjny. Fale Kelvina. Fale Poincar'e. Promień Rossby'ego. Topograficzne fale Rossby'ego. Płaszczyzna b .

C. Gołębiewski, E. Łuczywek, E. Walicki, Zbiór Zadań z mechaniki płynów.

Cz. Rymarz, Mechanika Ośrodków Ciągłych.

B. Średniawa, Hydrodynamika i Teoria Sprężystości.

D.J. Acheson, Elementary Fluid Dynamics.

G.K. Batchelor, An Introduction to Fluid Dynamics.

M.J. Lighthill, An informal Introduction to Theoretical Fluid Mechanics.

A.R. Patterson, A first Course in Fluid Dynamics.

M. Van Dyke, An Album of Fluid Motion.

1. Program:
1. Pomiary w fizyce atmosfery. Ogólna charakterystyka przyrządów pomiarowych.
2. Pomiary wielkości charakteryzujących stan atmosfery: temperatura, ciśnienie atmosferyczne, wiatr.
3. Hydrometeorologia: wilgotność powietrza, parowanie, chmury, opady, hydrometria.
4. Optyka atmosfery: widzialność, aerozol atmosferyczny, promieniowanie niejonizujące w atmosferze.
5. Elektryczność atmosferyczna: pole elektryczne, jony, chmura burzowa.
6. Aerologia: pomiar wiatru górnego, radiosondy.
7. Metody teledetekcyjne: radar mikrofalowy, sodar, lidar.
8. Meteorologia satelitarna: obserwacje zachmurzenia, pomiar temperatury, światowy system obserwacji meteorologicznych (WWW).

E. Strauch, Metody i przyrządy pomiarowe w meteorologii i hydrologii.

J.V. Iribarne, H.R. Cho, Fizyka atmosfery.

Miernictwo elektryczne wielkości nieelektrycznych.

Atlas chmur (IMGW).

K. Różdżyński, Miernictwo meteorologiczne, tom 1 - 1995, tom 2 - 1996, tom3 - 1998 (IMGW).

1. Zasady termodynamiki. Układy zamknięte i otwarte. Funkcje stanu. 
2. Termodynamika suchej atmosfery.
3. Woda w atmosferze. Przemiany fazowe. Ciepło utajone.
4. Kondensacja, parowanie i zamarzanie w atmosferze. Jądra kondensacji i krystalizacji.
5. Statyka atmosfery. Metoda cząstki i warstwy. Diagramy termodynamiczne. 
6. Mieszanie mas powietrza.
7. Chmury i mechanizmy opadowe.
8. Promieniowanie w atmosferze. Promieniowanie krótko i długofalowe. 
9. Transfer promieniowania. Efekt szklarniowy.

J.V. Iribarne, Atmospheric thermodynamics.

M. L. Slaby, Fundamentals of Atmospheric Sciences.

Zajęcia sugerowane do zaliczenia przed wykładem: 

Podstawy hydrodynamiki, Termodynamika.

1. Podstawowe zagadnienia meteorologii dynamicznej:
2. Analiza skal równania ruchu w układzie związanym z powierzchnią Ziemi. Przybliżenie geostroficzne, równania prognostyczne.
3. Cyrkulacja i wirowość. Wirowość potencjalna.
4. Wprowadzenie do turbulencji atmosferycznej. Wpływ warstwy granicznej na ruchy w większych skalach.
5. Przybliżenie quasi - geostroficzne.
6. Fale w atmosferze. Przybliżenie linowe.
7. Niestabilności. Niestabilność baroklinowa.
8. Cyrkulacje mezoskalowe. Cyrkulacja globalna.
9. Elementy numerycznych prognoz pogody.

S.P. Chromov, Osnovy sinopticeskoj meteorologii.

A.S. Zverev, Sinopticeskaja meteorologia.

Compendium of meteorology, vol.1, part 3 - Synoptic meteorology, WMO - No. 364, 1978.

R.K. Anderson, The use of satellite pictures in weather analysis and forecasting. Techn. Note No.124, WMO - No. 333.

Images in weather forecasting, red. M.J. Bader et al.

1. Wstęp:

J.R. Garrat, The atmospheric boundry layer.

1. Czym zajmuje się mechanika ośrodków ciągłych? Związki z mechaniką statystyczną i teorią kinetyczną. Hipoteza continuum i zakres jej stosowalności. Przypomnienie rachunku wektorowego. Równanie ciągłości. Równania trajektorii, linii prądu i smugi.
2. Regularne i chaotyczne linie prądu. Pochodna substancjalna. Nieściśliwość. Wirowość. Przepływy z symetrią i funkcje prądu.
3. Tensor naprężeń cieczy w spoczynku. Ciśnienie hydrostatyczne. Całki materialne i ich pochodne po czasie.
4. Równanie ewolucji wektora stycznego do linii materialnej. Tensor naprężeń w poruszającej się cieczy. Lepkość. Równanie Navier-Stokesa. Równanie Eulera. Prawo Bernoulliego.
5. Warunki brzegowe na granicy dwóch ośrodków. Osobliwy charakter granicy miu w 0 a istnienie warstwy granicznej. Napięcie powierzchniowe. Pierwsza zasada termodynamiki. Równanie zmiany energii wewnętrznej w płynie newtonowskim. Lepka dyssypacja energii mechanicznej. Lepkość objętościowa.
6. Ciepło właściwe. Współczynnik rozszerzalności cieplnej. Równania entropii i temperatury w płynie newtonowskim. Zupełny układ równań opisujący przepływ płynu newtonowskiego o niejednorodnej temperaturze.
7. Niejednostajny przepływ jednokierunkowy. Równanie dyfuzji. Wpływ lepkości na nieciągłość prędkości, dyfuzja wirowości. Skale długości i czasu charakterystyczne dla dyfuzji. Równania ruchu cieczy w poruszającym się układzie współrzędnych. Siła odśrodkowa i siła Coriolisa.
8. Spirala Ekmana. Liczba Rossbye'go. Pojęcie przepływu wielkoskalowego, znaczenie liczb bezwymiarowych. Wirowość i cyrkulacja, twierdzenie Kelvina. Wirowość absolutna. Pojęcie barotropowości.
9. Dynamika wirowości. Warstwa przyścienna w opływie płaskiej płyty. Liczba Reynoldsa. Opływ cylindra. Separacja warstwy przyściennej.
10. Potencjał zespolony dla dwuwymiarowego, nieściśliwego przepływu bezwirowego. Przepływy nielepkie w i wokół narożnika. Osobliwy charakter granicy nieskończonego Re.
11. Odwzorowania konforemne płaszczyzny przepływu. Opływ cylindra o przekroju kołowym. "Lift'' i efekt Magnusa. Odwzorowanie Rukowskiego. Opływ cienkiej płytki. Zasada działania skrzydła samolotu. Mechanizm ustalania się cyrkulacji.
12. Podstawy teorii stabilności hydrodynamicznej. Niestabilność Kelvina-Helmholza. Symetrie przepływu a stosowalność modów normalnych do badania jego stabilności. Nieliniowe nasycanie.
13. Pojęcie nieliniowości i dyspersji fal. Fale na wodzie, związek dyspersyjny. Ruch elementów płynu w fali płaskiej. Dlaczego fale morskie są mniej więcej równoległe do brzegu? Rola napięcia powierzchniowego, fale kapilarne.
14. Analiza fourierowska fal. Prędkości grupowe fal na wodzie. Tłumienie fal na głębokiej wodzie. Oscylacje wywołane periodycznym ruchem sztywnej powierzchni. Lepka dyssypacja energii. Oscylacje wywołane periodycznym gradientem ciśnienia.

G.K. Batchelor, An introduction to fluid dynamics.

M.J. Lighthill, An informal introduction to theoretical fluid mechanics.

R. Patterson, A first course in fluid dynamics.

M. Van Dyke, An album of fluid motion.

Cz. Rymarz, Mechanika ośrodków ciągłych.

1. Równania różniczkowe cząstkowe (I-go rzędu liniowe i nieliniowe, liniowe II-go rzędu trzech typów klasyfikacyjnych: hiperboliczne, paraboliczne i eliptyczne),
2. Metody przestrzeni Hilberta (równania całkowe, problem Sturma-Liouville'a, problemy wariacyjne,...)
3. Metody stochastyczne (podstawowe pojęcia probabilistyczne i wprowadzenie do procesów stochastycznych).

L. Landau, M. Lifszyc, Mechanika ośrodków ciągłych. 

1. Układ Słoneczny i Układ Planetarny jako jego część. Skale przestrzenne, czasowe i energetyczne zjawisk występujących w tych układach. Klasyfikacja ciał Układu Słonecznego według ich rozmiarów i gęstości średniej. Ciała drobne: obłok Oorta, pas Kuipera, obiekty typu Centaur.
2. Elementy zagadnień związanych z oddziaływaniem Słońce - planety (Słońce - Ziemia). Prawa Keplera. Relacje okres obiegu - okres rotacji (rezonanse, rotacja synchroniczna z obiegiem). Nachylenia osi planet: zwrotniki, koła podbiegunowe, pory roku. Stała słoneczna. Albedo. Temperatury powierzchni planet. Porównania strumienia energii przychodzącej od Słońca i z wnętrza planety. Ucieczka atmosfer planetarnych (wzór Jeans'a).
3. Pole grawitacyjne Ziemi i planet. Rozwinięcie potencjału na szereg harmonik sferycznych. Rozwiązania przybliżone i ich zastosowanie do Ziemi z uwzględnieniem jej rotacji: figura Ziemi, rozkład przyspieszenia grawitacyjnego na powierzchni Ziemi. Precesja. Pływy. Granica Roche'a (przykład: kometa SL9).
4. Powierzchnie planet i satelitów. Główne rezultaty misji planetarnych. Zmienność powierzchni (ich odnawialność) na drodze konwekcji (Ziemia: tektonika płyt), zjawisk przypowierzchniowych (wulkanizm, erozja) lub zjawisk zderzeniowych.
5. Pochodzenie Układu Słonecznego. Wiek Układu (wzór Kelwina, datowanie izotopowe). Występowanie pierwiastków we Wszechświecie, gwiazdach (Słońcu), mgławicy przedplanetarnej, meteorytach (ich klasyfikacja), planetach, sekwencja kondensacyjna; akrecja planet, ich satelitów oraz komet. Modelowanie akrecji: zjawiska zderzeniowe, niestabilności grawitacyjne. Skale zderzeń; zderzenia gigantyczne (pochodzenie Księżyca), zderzenia katastroficzne.
6. Model planety sferycznie symetrycznej: rozkłady ciśnienia, temperatury, przyspieszenia grawitacyjnego. Akrecja jako źródło energii wewnętrznej planet.
7. Warstwowe modele planet. Ziemia: rozkłady różnych parametrów (gęstość, ciśnienie, temperatura, skład, granice składu, granice fazowe, temperatura topnienia, prędkości fal podłużnych i fal poprzecznych, parametry materiałowe). Model PREM.

Ponieważ liczba studentów jest niewielka (do 7 osób na roku), więc wersja wykładu prowadzonego w określonym roku dostosowywana jest do poziomu wiedzy i zainteresowań tej nielicznej grupy. Tempo i materiał wykładu z roku na rok różnią się dość znacznie.

R.J. Teysseyre, J. Leliwa-Kopystyński, B. Lang, Evolution of the Earth and other Planetary Bodies.

P. Artymowicz, Astrofizyka układów planetarnych.

Zajęcia sugerowane do zaliczenia przed wykładem: 

Astrofizyka.

1. Program:
1. Sejsmiczność Ziemi. Przestrzenny rozkład ognisk trzęsień Ziemi; sejsmometria; magnituda i energia trzęsienia Ziemi; skala Mercalego i Richtera; teoria sejsmografu; sieci stacji sejsmologicznych.
2. Własności sprężyste skał. Moduły sprężystości; gęstość i porowatość; anizotropia prędkości; własności sprężyste skał w wysokich temperaturach i ciśnieniach.
3. Fale sprężyste. Podstawy teoretyczne; równanie ruchu w ośrodku ciągłym; fale objętościowe P i S; fale powierzchniowe; metoda promieniowa; hodografy teoretyczne, amplitudy i sejsmogramy syntetyczne fal w wielowarstwowych ośrodkach niejednorodnych; program SEIS83.
4. Modele ognisk i prognozowanie trzęsień Ziemi. Model siły punktowej, pary sił i podwójnej pary sił; promieniowanie źródła sejsmicznego; procesy w ognisku trzęsienia Ziemi; sekwencje wstrząsów; prognozowanie statystyczne; zjawiska poprzedzające.
5. Budowa wnętrza Ziemi. Równanie promienia sejsmicznego w sferycznie symetrycznej Ziemi; parametryczna postać hodografu; metoda Wicherta-Herglotza; hodograf Jeffreysa-Bullena; fale we wnętrzu Ziemi; budowa Ziemi.
6. Sejsmologia strukturalna. Struktura skorupy i górnego płaszcza Ziemi; metoda refleksyjna i refrakcyjna; głębokie sondowania sejsmiczne; tomografia sejsmiczna.

K. Aki, P.G. Richards, Quantitative seismology: theory and methods.

E. Stenz, M. Mackiewicz, Geofizyka ogólna.

1. Program:
1. Natura pola magnetycznego; metody mierzenia pola.
2. Historia badań magnetyzmu Ziemi.
3. Kategorie naturalnych zjawisk magnetycznych obserwowanych na powierzchni Ziemi (wewnętrzne i zewnętrzne źródła pola).
4. Globalny opis pola magnetycznego Ziemi (C. F. Gauss 1840).
5. Budowa wnętrza Ziemi. Procesy geotektoniczne.
6. Źródła informacji o własnościach pola magnetycznego Ziemi (pomiary bezpośrednie, dane historyczne, zapis skalny).
7. Zmienność czasowa pola magnetycznego Ziemi (oscylacje dekadowe, wielowiekowe i millenijne, cykl główny, odwrócenia biegunowości,...); własności i natura tych zjawisk.
8. Własności morfologiczne pola magnetycznego Ziemi (pole główne, część dipolowa, pole skorupowe) i jego nieregularnych oscylacji; położenie i morfologia źródeł poszczególnych części pola. Problematyka morfologiczna w przypadku pola grawitacyjnego Ziemi i jej związki z geotektoniką.
9. Magnetohydrodynamiczna koncepcja procesu podtrzymywania pola głównego; dyskusja wymiarowych i ilościowych własności procesu podtrzymywania pola.
10. Związki dyspersyjne oscylacji magnetohydrodynamicznych w obecności i przy nieobecności siły Coriolis'a; dyskusja własności pola magnetycznego Ziemi przy pomocy związków dyspersyjnych.
11. Metodologia badań paleomagnetycznych; pojęcia wirtualnego bieguna geomagnetycznego, wirtualnej amplitudy momentu dipolowego, bieguna paleomagnetycznego i bieguna geomagnetycznego; tektoniczne interpretacje pomiarów własności magnetycznych skał.
12. Metodologia badań archeomagnetycznych; przykłady archeologicznych interpretacji pomiarów własności magnetycznych młodych skał i obiektów antropogenicznych.
13. Modele opisu plazmy- kinetyczny, płynowy, ruchu indywidualnych cząstek.
14. Teoria dryfowa ruchu cząstek w polach sił.
15. Niezmienniki adiabatyczne.
16. Fale w plazmie - podstawowe typy.
17. Jonosfera; teoria Chapmana, przewodnictwo w jonosferze.
18. Wariacje dobowe Sq i ich teoria (prądy).
19. Układ prądów w magnetosferze.
20. Podstawowe wiadomości o wietrze słonecznym.
21. Oddziaływanie w.s. z polem geomagnetycznym.
22. Procesy na magnetopauzie.
23. Burza magnetyczna i jej opis.
24. Subburze.

M. Westphal, Paleomagnetyzm i własności magnetyczne skał.

Fizyka i ewolucja wnętrza Ziemi, red. R. Teisseyre, t. II.

L. Krysiński, Pochodzenie pola magnetycznego Ziemi - historia badań i obecny stan poglądów, Przegląd Geofizyczny XLI (1996), zeszyt 3, str. 193-218.

F.D. Stacey, Physics of the Earth.

P. Melchior, The Physics of the Earth's Core - An Introduction.

R.T. Merrill, M.W. McElhinny, Ph.L. McFadden, The magnetic field of the Earth ? paleomagnetism, the core and the deep mantle.

Geomagnetism, red. J.A. Jacobs, vol. 1-4.

odpowiednie rozdziały monografii: Physics and evolution of the Earth's Interior (ed. R. Teisseyre).

1. Podstawy teoretyczne ruchu obrotowego Ziemi
2. Współczesne metody wyznaczeń parametrów ruchu obrotowego i ich zmian czasowych z obserwacji satelitarnych (laser, GOS, Doppler i radio). 
3. Precyzyjne fundamentalne układy współrzędnych ziemskich, ich czasowe zmiany.
4. Charakterystyka zmian szybkości ruchu obrotowego Ziemi (długość doby).
5. Charakterystyka zmian ruchu bieguna.
6. Zmiany momentu pędu atmosfery i oceanu i ich korelacje ze zmianami ruchu obrotowego Ziemi. 

1. Pole grawitacyjne Ziemi. Geoida. Elipsoida normalna. Grawimetria. Anomalia grawimetryczna. Całka Stokse?a.
2. Dynamika ruchu satelitów i wyznaczanie parametrów pola grawitacyjnego ze zmian orbity. 
3. Wyznaczanie pozycji za pomocą satelitów. Pomiary: laserowe, GPS, PRARE, GLONASS. 
4. Inne metody: SST, altimetria satelitarna, gradiometria, systemy inercjalne. 
5. Pływy morskie i ziemskie.
6. Modele Ziemi, tektonika płyt i zmiany poziomu morza.

H. Monitz, I. Meuller, Earth rotation-theory and observations.

K. Lambeck, The Earth's variable rotation, geophysical causes and consequences.

J. Kovalevsky, I.I. Mueller, B. Kołaczek, Reference frames in astronomy and geophysics.

J.O. Dickey, Contributions of space geodesy to geodynamics: Earth dynamics, eds. D. Smith, D.L. Turcotte, Geodyn. Series, Vol. 24.

W. de Gruyter, Satellite geodesy.

V.N. Zharkov, S.N. Molodensky, A. Brzeziński, E. Groten , P. Varga, The Earth and its rotation.

Wykład jest prowadzony w cyklu dwuletnim. Tegoroczny wykład będzie skoncentrowany na metodach statystycznych wykorzystywanych w rekonstrukcji procesów elektrodynamiki kwantowej i chromodynamiki kwantowej. W szczególności zostaną omówione najczęściej używane algorytmy do rekonstrukcji zdarzeń i szukania najlepszych parametrów opisujących oddziaływanie, zastosowania metod symulacyjnych do testowania algorytmów, algorytmy używane do analizy statystycznej i metody koordynacji stosowane dla układow dużych programów.

Dla zainteresowanych mogą być powtórzone: techniki odczytu i przetwarzania sygnału wraz z omówieniem stosowanych elementów elektronicznych, różne rodzaje układów wyzwalania i filtrowania danych i metody budowy złożonych układow pomiarowych. 

Założeniem wykładu jest przekazanie wieloletnich doświadczeń pomocnych początkującemu fizykowi uczestniczącemu w analizie danych lub przy projektowaniu dużego eksperymentu z fizyki wysokich energii.

Wykład przeznaczony jest dla studentow V roku oraz dla doktorantów specjalizujących się w fizyce jądrowej wysokich energii.

W.R. Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Wstęp do fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych.

1. Podsumowanie podstawowych zjawisk zachodzących przy przejściu cząstek przez materię, które mogą być wykorzystane przy detekcji promieniowania jonizującego; zasady opracowywania danych z detektora (efektywność detekcji, zdolności rozdzielcze, kalibracja, promieniowanie tła, szumy aparatury, zniszczenia radiacyjne).
2. Omówienie podstawowych technik detekcji promieniowania jonizującego: scyntylatory, komory jonizujące, detektory półprzewodnikowe i promieniowania Czerenkowa, detektory śladowe ciała stałego (emulsje jądrowe, miki, plastiki, szkła), dozymetry (m. in. termoluminescencyjne) oraz komory pęcherzykowe, detektory przegrzanych kropel, detektory z granulek nadprzewodzących oraz technik detekcji jak folie aktywowane.
3. Projektowanie eksperymentów, współpraca różnego typu detektorów i związane z tym problemy. 

W.R. Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments.

C.F.G. Delaney, E.C. Finch, Radiation Detectors.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Wstęp do fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych.

Wykład obejmuje materiał teorii prawdopodobieństwa i klasycznej statystyki matematycznej na poziomie średnim. Wymaga od słuchacza znajomości podstaw rachunku różniczkowego i całkowego oraz wiedzy z zakresu opracowywania danych doświadczalnych na poziomie elementarnym, to jest takim, jaki jest wymagany na I Pracowni Fizycznej. Zakres wykładu obejmuje fundamentalne pojęcia rachunku prawdopodobieństwa: zmienną losową i jej rozkład, prawdopodobieństwo warunkowe i zdarzenia niezależne, twierdzenie Bayesa, funkcje zmiennych losowych, momenty rozkładów. Rozważane są podstawowe rozkłady prawdopodobieństwa (jednorodny, dwumianowy, wykładniczy, Poissona, normalny, chi-kwadrat, Studenta) i ich własności oraz zastosowania. W części dotyczącej statystyki matematycznej przedstawione są metody prezentacji danych, miary statystyczne i ich własności, metoda Monte Carlo, metody oceny parametrów (momentów, największej wiarygodności, minimalnych kwadratów i estymacji przedziałowej) oraz procedury testowania hipotez. 

Wykład adresowany jest do studentów IV i V roku specjalności fizyki jądrowej i fizyki cząstek elementarnych kierunku doświadczalnego, dlatego też ilustrowany jest przykładami z tych dziedzin. 

Omawiane będą własności jąder atomowych posiadających deformację oktupolową w stanie podstawowym oraz własności stanów wzbudzonych takich jąder.

Semestr letni (dr. Z. Janas):

Omówiony zostanie proces emisji cząstek naładowanych (protonów, cząstki alfa) ze stanów wzbudzonych zasilanych w rozpadzie beta. Przedstawiona zostanie analiza prawdopodobieństw emisji i kształtu widm energetycznych emitowanych cząstek.

Część I. Błądzenia nieskorelowane: np. ruchy Browna cząsteczek zawiesiny, liniowa zależność dyspersji od czasu. Procesy Markowa: równanie mistrzowskie - warunki równowagi szczegółowej a osiąganie stanu równowagowego; rozwinięcie Kramersa-Moyala, równanie Fokkera-Plancka, dyfuzja Ficka, prawa rozpraszania np. termicznych neutronów. Centralne Twierdzenie Graniczne: rozkład Gaussa. 

Część II. Błądzenia skorelowane np. polimerów: superdyfuzja w tym dyfuzja balistyczna oraz hiperdyfuzja - złamanie Centralnego Twierdzenia Granicznego. Model błądzenia przypadkowego z pamięcią, funkcja rozkładu czasów oczekiwania. Uogólnione równanie mistrzowskie zawierające jądro pamięci; fotoprąd w układzie nieuporządkowanym: subdyfuzja. Błądzenia fraktalne: błądzenia Weierstrassa oraz błądzenia Lévy'ego, błądzenia zanieczyszczeń w przepływach turbulentnych - doświadczenie Swinneya i in. Stabilne Prawo Lévy'ego; błądzenia fraktalne jako zjawisko krytyczne: prawa skalowania, renormalizacja. Błądzenie na fraktalach, fraktale i wielofraktale stochastyczne. Sprzężenie czasoprzestrzenne w hierarchicznym świecie Mandelbrota: dyfuzyjny diagram fazowy, twierdzenie o zupełności.

N.G. van Kampen, Procesy stochastyczne w fizyce i chemii.

M. Fisz, Rachunek prawdopodobieństwa i statystyka matematyczna.

E.W. Montroll, M.F. Shlesinger, On the wonderful world of random walks, rozdz. I w Nonequilibrium Phenomena II. From Stochastics to Hydrodynamics.

J.W. Haus, K.W. Kehr, Diffusion in Regular and Disordered Lattices, Physics Reports, Vol.150, 263 (1987).

D. Stauffer, Introduction to Percolation Theory.

J.-P. Bouchaud, A. Georges, Anomalous Diffusion in Disordered Media: Statistical Mechanisms, Models and Physical Applications, Physics Reports, Vol. 195, 127 (1990).

Lévy Flights and Related Topics in Physics, Lecture Notes in Physics, Vol.450.

Anomalous diffusion: from basis to applications, Lecture Notes in Physics, eds. R. Kutner, A. Pękalski, Springer, Berlin, 1998.

Wybrane tematy z fizyki materii skondensowanej:

1. Elementy fizyki statystycznej i termodynamiki małych układów.
2. Transport jonowy, dyfuzja i relaksacja.
3. Dynamiczne własności polimerów.
4. Układy nieuporządkowane: stopy, szkła spinowe.
5. Elementy fizyki przejść fazowych w układach magnetycznych. Turbulencja w hydrodynamice - elementy.
6. Zagadnienia niecałkowalne w mechanice nieliniowej.
7. Relacje: mechanika - fizyka statystyczna / termodynamika.

A1. Statyczne metody Monte Carlo.

A2. Dynamiczna metoda Monte Carlo: równanie ewolucji typu master ? kinetyczny model Isinga-Kawasaki.

A3. Technika grupy renormalizacji w metodach Monte Carlo.

A4. Metoda Monte Carlo typu "path probability".

A5. Kwantowe metody Monte Carlo.

A6. Automaty komórkowe Wolframa w fizyce ośrodków ciągłych.

Cześć B: Zastosowanie metod dynamiki molekularnej w fizyce materii skondensowanej:

B1. Wybrane metody numerycznego rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych.

B2. Wybrane metody numerycznego rozwiązywania równań różniczkowych cząstkowych, głównie zachowawczych, w zastosowaniu do fizyki ośrodków ciągłych.

B3. Rozwiązywanie numeryczne wybranych zagadnień własnych w mechanice kwantowej.

D. Potter, Metody obliczeniowe fizyki.

S.E. Koonin, Computational physics.

Monte Carlo methods in statistical physics, Topics in Current Physics t. VII, red. K. Binder.

Applications of the Monte Carlo methods in statistical physics, Topics in Current Physics, vol 36, red. K. Binder.

R.W. Hockney, J.W. Eastwood, Computer simulation using particles.

A. Björck, G. Dahlquist, Metody numeryczne.

A. Krupowicz, Metody numeryczne zagadnień początkowych równań różniczkowych zwyczajnych.

R. Kutner, Elementy mechaniki numerycznej.

Programowanie, Analiza matematyczna, Mechanika klasyczna, Fizyka statystyczna lub Termodynamika.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Metody numeryczne.

Egzamin.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Wykład, prowadzony w języku angielskim, stanowi czwartą część opisu wybranych eksperymentów fizyki wielkich energii. Będzie dotyczył kwarkowej struktury nukleonu i poszukiwania nowych cząstek przy użyciu akceleratorów wiązek przeciwbieżnych. Każda część stanowi odrębną całość, obejmuje konieczne powtórzenia nie wymagające wysłuchania części poprzednich. Program wykładu przedstawia się następująco:

1. Introduction
2. Particle Scattering on Stationary and Moving Targets
3. Accelerators and Detectors
4. Physics Results

Głównym celem wykładu jest przygotowanie studentów do wykładów prowadzonych po angielsku w związku z możliwościami wyjazdów zagranicznych na letnie kursy wakacyjne do różnych ośrodków fizyki. Tematyka będzie zarazem stanowiła wstęp do wykładów i zajęć w ośrodkach fizyki wielkich energii takich jak CERN w Genewie oraz DESY w Hamburgu.

Nie ma.

Literatura uzupełniająca:

Prace przeglądowe i oryginalne.

Nie ma.

Zaliczenie na podstawie obecności na wykładach.

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

1. Program:
2. Wstęp o układach liniowych: zasada superpozycji, odpowiedź impulsowa, funkcja przenoszenia modulacji. Splot, korelacja. Liniowość optycznych układów obrazujących.
3. Zdolność rozdzielcza. Apertura syntetyczna.
4. Przetwarzanie obrazów w płaszczyźnie Fouriera i w płaszczyźnie obrazu. Obraz cyfrowy próbkowany przestrzennie i kwantowany natężeniowo.
5. Nieliniowe przetwarzanie obrazów w płaszczyźnie Fouriera: filtracja widma, modulacja theta, pseudokolorowanie, przetwarzanie półtonowe.
6. Klasyczne, cyfrowe filtry nieliniowe do wzmacniania krawędzi.
7. Nieliniowe filtry porządkujące. Definicje filtrów typu L, R, M oraz różnych medialnych. Działanie filtrów porządkujących na szum, krawędzie oraz linie. Kryteria oceny działania filtrów. Twierdzenia o filtrach medialnych.
8. Dekompozycja progowa. Optyczna metoda liczenia lokalnych histogramów. 
9. Przetwarzanie morfologiczne. Podstawowe operacje, podstawowe filtry. Tworzenie filtrów trzystopniowych, zasada idempotencji. Algorytmy wzmacniania szczegółów i krawędzi.
10. Procesory optoelektroniczne i ich architektura. Różne rodzaje korelatorów z oświetleniem spójnym i niespójnym. Procesory hybrydowe z przestrzennymi modulatorami światła. 
11. Zastosowania do przetwarzania zdjęć satelitarnych, lotniczych, rentgenowskich i innych. 
12. Przetwarzanie zdjęć wielowymiarowych (multispektralnych). Klasyfikacja nadzorowana.

I. Pitas, A.N. Venetsanopoulos, Nonlinear digital filters. Principles and applications.

J. Serra, Image analysis and mathematical morphology.

P. Maragos, R.W. Schafer, Morphological filters, IEEE Trans Acoust Speech Signal Processing ASSP-35 (1987) 1153-1184.

Morphological image processing. Principles and optoelectronic implementations, red. T. Szoplik, SPIE Milestone series, vol. 127, Bellingham (1996).

Optyka fourierowska, Optyczne przetwarzanie informacji. 

Egzamin ustny.

1. Program:
1. Filtracja dopasowana: podejście klasyczne, podejście stochastyczne.
2. Korelatory optyczne: różne architektury, kryteria oceny pracy korelatora.
3. Filtry rozpoznające: filtry proste i ich parametry, filtry złożone, multikryteria.
4. Korelacja nieliniowa.
5. Niezmienniczość w metodach korelacyjnych: ze względu na przesunięcie, obrót, skalę, oświetlenie, kontrast, dystorsję.
6. Elementy optoelektroniczne w procesorach korelacyjnych: przestrzenne modulatory światła, kamera CCD, optoelektroniczny element progujący.
7. Programowalne korelatory optoelektroniczne pracujące w tzw. czasie rzeczywistym.
8. Kodowanie filtrów rozpoznających; metody optymalizacyjne.
9. Optyczna pamięć skojarzeniowa: rozpoznawanie obrazów częściowo przesłoniętych.

K. Gniadek, Optyczne przetwarzanie informacji.

J.W. Goodman, Optyka statystyczna.

Cykl rozwojowy chmur jednokomórkowych Cu i Cb. Struktura prądów wstępujących i zstępujących. Mechanizmy generacji podtrzymywania prądów zstępujących. Rola opadu w dynamice prądów zstępujących. "Downburst". Rola gradientu wiatru w rozwoju chmur konwekcyjnych. Układy wielokomórkowe i ich propagacja. Superkomórki i ich propagacja. Rola opadu w mechanizmie propagacji chmur wielokomórkowych.

2. Fenomenologia układów chmur konwekcyjnych

Rola konwergencji poziomej jako prekursora rozwoju konwekcji i czynnika stabilizującego konwekcję. Konwekcja mezoskalowa (quasihydrostatyczna). Linie i grzędy chmurowe. Oddziaływanie pomiędzy falami grawitacyjnymi i konwekcją. Linie szkwałowe. Mezoskalowe kompleksy konwekcyjne (MCC). Sprężenia pomiędzy konwekcją chmurową (wypornościową) i mezoskalową (quasihydrostatyczna). CIFK i CISK.

3. Modelowanie matematyczne chmur i układów chmur konwekcyjnych.

Równania ruchu w formie ogólnej. Filtracja fal akustycznych. Aproksymacja Businnesq'a i anelastyczna. Układy współrzędnych stosowane w modelowaniu chmur. Informacja o metodach numerycznych stosowanych w modelach chmurowych. Warunki początkowe i brzegowe oraz związane z nimi ograniczenia. Parametryzacja procesów podskalowych (turbulencji). Parametryzacja procesów opadowych (w szczególności parametryzacja Kesslera). Problemy parametryzacji konwekcji w modelach wielkoskalowych. Przykłady modeli chmurowych.

W.R. Cotton, I.R.A. Anthes, Storm and cloud dynamics

F.H. Ludlam, Clouds and storms

1. Podstawowe wielkości magnetyczne.
2. Termodynamika magnetyzmu.
3. Idealne, nieoddziałujące momenty magnetyczne (spiny).
4. Swobodne jony i atomy.
5. Pole krystaliczne i efektywne spiny.
6. Oddziaływanie między jonami magnetycznymi.
7. Porządek magnetyczny dalekiego zasięgu (układy ferro- i antyferromagnetyczne).
8. Faza paramagnetyczna układów oddziałujących.
9. Faza ferromagnetyczna.
10. Domeny ferromagnetyczne.
11. Szkła spinowe.
12. Półprzewodniki magnetyczne i półmagnetyczne. 

C. Kittel, Wstęp do fizyki ciała stałego.

A.H. Morrish, Fizyczne podstawy magnetyzmu.

R.M. White, Kwantowa teoria magnetyzmu.

D.C. Mattis, Theory of magnetism.

Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Fizyka II- elektryczność i magnetyzm, Mechanika kwantowa I.

Egzamin ustny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

1. Magnetyzm metali

diamagnetyzm Landaua, paramagnetyzm Pauliego, antysymetryzacja funkcji falowej, magnetyzm pasmowy, model Stonera, ciecz Fermiego,
2. Elementy modelu BCS

oddziaływanie elektron-fonon, para Coopera, model BCS dla T=0 i T>0, przerwa energetyczna
3. Fenomenologia nadprzewodnictwa

równania Londonów, efekt Meissnera, nadprzewodnictwo II rodzaju, sieć wirów, prądy krytyczne, model Beana 
4. Diagram fazowy nadprzewodników wysokotemperaturowych

faza antyferromagnetyczna, szkło spinowe, ?stripe phase?, pseudoprzerwa
5. Współistnienie nadprzewodnictwa i ferromagnetyzmu 

RuSr₂GdCu₂O₈

H. Ibach, H. Lüth, Fizyka Ciała Stałego. 

M. Cyrot, D. Pavuna, Wstęp do nadprzewodnictwa, Nadprzewodniki wysokotemperaturowe.

Fizyka Ciała Stałego, Wstęp do fizyki magnetyzmu

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego.

Egzamin ustny.

1. Idea i początki 
2. Oddziaływanie sp-d i gigantyczne efekty magnetoopyczne w litych kryształach
3. Oddziaływanie d-d i metody jego badania
4. Przybliżenie pola średniego dla struktur kwantowych, profile powierzchni granicznych (spin tracing)
5. Rola fluktuacji magnetycznych
6. Wpływ nośników prądu na właściwości magnetyczne w kryształach objętościowych i strukturach kwantowych.

M. Jain (Ed.), Diluted Magnetic semiconductors, World Scientific 1991.

N.W. Ashcroft, N.D. Mermin, Fizyka Ciała Stałego.

H. Ibach, H. Lüth, Fizyka Ciała Stałego. 

Będą też dostępne notatki wykładowe w języku angielskim.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego.

1. Podstawy relatywistycznej mechaniki kwantowej, ze szczególnym uwzględnieniem równania P. A. M. Diraca.
2. Podstawy kwantowej teorii pola, na przykładzie pól: skalarnego, elektromagnetycznego oraz fermionowego.Oddziaływanie pola elektromagnetycznego z klasycznymi źródłami pola oraz pola fermionowego z potencjałem klasycznym.
3. Teorię rozpraszania, z uwzględnieniem wzorów redukcyjnych Lehmann-Symanzik-Zimmermann oraz przykładów obliczania grafów R. P. Feynmana.
4. Elementy rachunku renormalizacyjnego w kwantowej teorii pola oraz rola symetrii lokalnych i globalnych w teorii pola.
5. Nieabelowe teorie pola na przykładzie chromodynamiki kwantowej, z uwzględnieniem asymptotycznej swobody oraz nieustającego uwięzienia kwarków i gluonów.

J. D. Bjorken i S. D. Drell, Relatywistyczna teoria kwantów.

Wstęp do mechaniki kwantowej wielu ciał

funkcja falowa układu nierozróżnialnych cząstek

operatory kreacji i anihilacji, operatory wielocząstkowe, przestrzeń Focka

związek spinu ze statystyką, fermiony i bozony.

Stany wielocząstkowe o dobrym momencie pędu

Reprezentacja liczb obsadzeń

oscylatory harmoniczne i fonony

stany koherentne.

Fotony i oddziaływanie pola elektromagnetycznego z materią

cechowanie

lagranżjan i hamiltonian układu wielu elektronów sprzężonych z polem elektromagnetycznym.

Rozwinięcie perturbacyjne dla funkcji Greena układów wielu ciał

diagramy Goldstone'a

diagramy Feynmana

równanie Dysona

tożsamości Warda

Przybliżone rozwiązania modelu wielu oddziałujących fermionów 

przybliżenie Hartree'ego, Hartree'ego-Focka

zależne od czasu przybliżenie Hartree'ego-Focka.

przybliżenie faz przypadkowych (RPA) i drgania kolektywne

teoria BCS i teoria Hartree'ego-Focka-Bogolubowa

Metoda funkcjonału gęstości

twierdzenie Hohenberga-Kohna

równania Kohna-Shama

przybliżenie lokalnej gęstości.

A. I. Fetter, J.D. Walecka, Kwantowa teoria układów wielu ciał

L. P. Kadanoff, G. Baym, Quantum Statistical Mechanics.

J. W. Negele, H. Orland, Quantum Many-Particle Systems.

Wstęp do fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych, Wstęp do optyki i fizyki ciała stałego. 

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Mechanika kwantowa I lub Fizyka kwantowa.

Wykład będzie prowadzony w systemie honorowym. Wszystkie kolokwia oraz egzamin pisemny studenci będą pisać samodzielnie w domu, bez korzystania z pomocy materiałów drukowanych. Zaliczenie ćwiczeń wymagać będzie zaliczenia wszystkich kolokwiów, które będzie można wielokrotnie poprawiać. Do zajęć będą dopuszczone tylko te osoby, które wyrażą pisemną zgodę na odbywanie zajęć w systemie honorowym i respektowanie jego zasad. Zaliczenie końcowe na podstawie egzaminu ustnego.

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

Program:

Tegoroczny wykład z Teorii Ciała Stałego poświęcony zostanie głównie metodom fizyki półprzewodników włączając w to także niskowymiarowe struktury półprzewodnikowe. Uwypuklona zostanie rola symetrii w opisie elektronowych własności krystalicznych ciał stałych.

Podczas kilku pierwszych spotkań podane zostaną podstawowe wiadomości z teorii grup i ich reprezentacji. Następnie omówiona zostanie struktura kryształów i ich klasyfikacja. Dalsze wykłady poświęcone zostaną konsekwencjom symetrii kryształów. Zadziwiająco dużo można powiedzieć np. o ich energetycznej strukturze pasmowej w oparciu o teoriogrupową analizę równania Schroedingera bez znajomości jawnej postaci rozwiązań tego równania.

Wykład, przeznaczony dla studentów starszych lat studiów magisterskich, a także dla doktorantów, będzie prowadzony od podstaw.

R. Enderlein, N.J.M. Horing: Fundamentals of Semiconductor Physics and Devices.

S.L. Altmann: Band Theory of Solids.

G.L. Bir, G.E. Pikus: Symetria i odkształcenia w półprzewodnikach.

Mechanika kwantowa I, Fizyka statystyczna I, Fizyka ciała stałego - semestr zimowy.

Zaliczenie ćwiczeń i egzamin.

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

1. Fizyka statystyczna stanów równowagi.
2. Zredukowane funkcje rozkładu. Rozkład grupowy. Funkcje korelacji. Gazy rzeczywiste. Rozwiniecia wirialne. Diagramy Mayera. Teoria fluktuacji wielkości ekstensywnych. Teoria fluktuacji parametrów wewnętrznych według Einsteina. Teoria fluktuacji termodynamicznych według Landaua.
3. Fizyka statystyczna stanów nierównowagowych.
4. Podstawy. Równanie Boltzmanna. Twierdzenia H. Rozwinięcie Chapmana-Enskoga. Współczynniki transportu. Równanie Enskoga.

1. Grupy: reprezentacje grup, grupy Liego, algebry Liego, grupy i algebry Liego SO(n) i SU(n).
2. Mechanika klasyczna: zasada minimalnego działania, wariacje, równania ruchu, zasady zachowania, grupa SO(3).
3. Mechanika relatywistyczna: grupa Lorenza, grupa Poincare, cząstka relatywistyczna.
4. Pola: pole skalarne, wektorowe itd., wariacje pól, działania dla pól, zasada wariacyjne dla pól, pola zespolone, prądy globalnych grup symetrii, tw. Noether, ładunki. 
5. Pola skalarne: rozwiązania stacjonarne, tw. Derricka, równanie sin-Gordona, modele sigma.
6. Sontaniczne naruszenie symetrii: przejścia fazowe, model Landaua-Ginsburga, tw.Goldstone'a, nadprzewodnictwo.
7. Równania Maxwella: symetria cechowania, sprzężenie do materii, prąd , ładunek elektryczny.
8. Pola Yanga-Millsa: minimalne sprzężenie, pochodna kowariantna, interpretacja geometryczna, tensor pól, działanie, równania ruchu.
9. Grupy homotopii.
10. Zastosowania teorii homotopii: ściany domenowe, struny, monopol t'Hoofta-Polyakova (1974), nietrywialne próżnie pól Yang-Millsa, instantony.
11. Grupy kohomologii i ładunki topologiczne.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem: 

Współczesne metody kwantowej teorii pola.

Wykłady 322 i 455 mają stanowić standardowe wprowadzenie do kwantowej teorii pola i metod w niej stosowanych. Celem końcowym jest przedstawienie QED, QCD oraz teorii elektrosłabej jako kwantowych teorii procesów elementarnych zachodzących przy energiach Ł 100 GeV. Wykłady mają także stanowić teoretyczną bazę dla bardziej fenomenologicznego wykładu teorii cząstek elementarnych oraz umożliwić dalsze studiowanie np. supersymetrycznych teorii (wykład monograficzny).

J. Bjorken, S. Drell, vol. 1: Relativistic Quantum Mechanics, vol. 2: Relativistic Quantum Fields. (polskie tłumaczenie: Relatywistyczna teoria kwantów).

C. Itzykson, J.B. Zuber, Quantum Field Theory.

Metody drugiej kwantyzacji w zastosowaniu do opisu układów wielo-fermionowych, twierdzenie Wicka, twierdzenie Thoulessa, operatory kwazicząstkowe i transformacja Bogolubowa. Macierze gęstości i korelacje par. Samozgodne metody pola średniego, przybliżenie Hartree'ego-Focka i Hartree'ego-Focka-Bogolubowa, spontaniczne łamanie symetrii i potencjały samozgodne. Deformacje jądrowe, efekt Jahna-Tellera, metody przywracania złamanych symetrii. Metody opisu korelacji jądrowych: metoda faz przypadkowych, metoda współrzędnej generującej, metody zależne od czasu, przybliżenie adiabatyczne. Model powłokowy. Ściśle rozwiązywalne modele algebraiczne.

Przejawy struktury powłokowej: wzbudzenia cząstka-dziura, stany izomeryczne, terminacja pasm, stany intruzowe, stabilność jąder superciężkich. Nadprzewodnictwo jądrowe: korelacje statyczne i dynamiczne a parametryzacja oddziaływań resztkowych, efekty blokowania, jądrowy efekt Meissnera, nadprzewodnictwo protonowo-neutronowe. Wzbudzenia kolektywne: oscylacje kształtu i korelacji par, rezonanse gigantyczne. Obroty jąder atomowych: symetrie pseudo-SU(3) i pseudo-spinu, pasma identyczne, rotacje magnetyczne. Kształty jąder atomowych: superdeformacja i hiperdeformacja, współistnienie kształtów. Fizyka układów słabo związanych: symetria izospinowa, efekt Thomasa-Ehrmana, emitery protonowe, superdozwolone rozpady beta i przejścia Gamowa-Tellera, halo jądrowe i układy potrójne, skóry neutronowe, deformacje izowektorowe, wzmocnienie korelacji par, zanik struktury powłokowej. Układy mezoskopowe: jądra atomowe, klastry metaliczne, ziarna nadprzewodzące - podobieństwa i różnice.

A. Bohr, B.R. Mottelson, Struktura jądra atomowego, t. I: Ruch jednocząstkowy, t. II: Deformacje jądrowe.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Mechanika kwantowa I.

Wykład poświęcony jest teorii cząstek elementarnych. Obejmuje jednolity opis oddziaływań elektrosłabych i silnych w ramach tzw. Modelu Standardowego. Zawiera również wprowadzenie do supersymetrycznego rozszerzenia Modelu Standardowego.

T.P. Cheng, L.F. Li, Gauge Theory of Elementary Particle Physics.

D. Bailin, A. Love, Introduction to Gauge Field Theory.

S. Weinberg, Quantum Field Theory.

J. Wess, R. Bagger, Supersymmetry.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem: 

Współczesne metody kwantowej teorii pola.

1. Wprowadzenie.
2. Elementy geometrii różniczkowej.
3. Równania Einsteina.
4. Tensor energii-pędu.
5. Rozwiązanie Schwarzschilda.
6. Czarne dziury.
7. Modele kosmologiczne.
8. Promieniowanie grawitacyjne.
9. Asymptotyczna płaskość.

R. M. Wald, General Relativity.

C.W. Misner, K.S. Thorne,i J.A. Wheeler, Gravitation.

W. Kopczyński i A. Trautman, Czasoprzestrzeń i grawitacja.

B.F. Schultz, Wstęp do ogólnej teorii względności.

L.D. Landau i E.M. Lifszyc, Teoria pola.

Liczba godzin ćw./tydz.: 1

Wykład poświęcony będzie teorii miary i całki. Omówiona będzie w szczególności całka Wienera (biały szum, ruchy Browna) i całka Feynmanna-Kaca po trajektoriach.

Skrypt wykładowcy. 

W. Rudin, Analiza rzeczywista i zespolona.

Halmos, Measure theory .

M. Reed, B. Simon, Methods of contemporary mathematical physics.

Analiza B lub C, Algebra B lub C. 

Zajęcia polecane do zaliczenia przed wykładem:

Mechanika kwantowa I.

Zaliczenie ćwiczeń, egzamin ustny.

Liczb godzin ćw./tydz.: 2

Po sformułowaniu Modelu Standardowego badania nad teorią oddziaływań fundamentalnych koncentrują się nad problemem włączenia grawitacji w jednolitą zunifikowana teorię wszystkich znanych oddziaływań oraz nad fizyką przy skalach energii nawet rzędu skali Plancka. Naturalnym laboratorium dla tych koncepcji teoretycznych jest kosmologia. I odwrotnie: współczesna kosmologia opiera się na teorii oddziaływań elementarnych.

Wykład poświęcony będzie omówieniu:

- problemu stałej kosmologicznej,

- inflacji,

- bariogenezy,

- ciemnej materii itd.

w ramach nowych koncepcji teoretycznych w fizyce oddziaływań elementarnych.

Zbiory zadań:

Wstęp do klasycznej i kwantowej teorii pola

Wykład monograficzny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

These lectures are intended for year III physics students. It may also be of interest for students of years IV and V, as well as graduate students. I will present observational and theoretical foundations of modern cosmology. The following subjects will be discussed:

1. fundamental cosmological observations (extragalactic objects, redshift, Hubble law, microwave background radiation, elements? abundances);
2. the cosmic distance ladder;
3. cosmological models and standard Big Bang theory;
4. microwave background radiation;
5. the origin of the elements;
6. dark matter in the Universe;
7. the cosmological constant;
8. estimation of the fundamental cosmological parameters (density parameters, Hubble constant, cosmological constant);
9. galaxies ? structure, dynamics, evolution, spatial distribution;
10. galaxy formation;
11. the Universe at moderate redshift (intergalactic medium, Ly-alpha clouds, secondary ionization);
12. cosmic topology;
13. present and future cosmological research projects;

Zajęcia sugerowane do zaliczenia przed wykładem: --

Liczb godzin ćw./tydz.: 2

Wykład poświęcony jest zastosowaniom teorii grup w fizyce cząstek elementarnych. Teoria grup zajmuje się badaniem symetrii układów fizycznych. Stanowi podstawę opisu cząstek elementarnych i ich oddziaływań. Uważa się, że wnioski wynikajace z symetrii są trwalsze i bardziej fundamentalne, niż modele a nawet teorie fizyczne. Według S. Weinberga cząstka elementarna to po prostu reprezentacja jej grup symetrii.

Wykład będzie prowadzony według książki Howarda Georgiego: Lie Algebras in Particle Physics: From Isospin to Unified Theories, wydanie II, 1999. 

Plan wykładu:

1. Grupy skończone.
2. Grupy Liego.
3. SU(2).
4. Operatory tensorowe.
5. Izospin.
6. SU(3).
7. Metody tensorowe.
8. Hiperładunek i dziwność.
9. SU(N).
10. SU(6) i model kwarkowy.
11. Kolor.
12. Teorie Wielkiej Unifikacji i SU(5).

H. Georgy, Lie Algebras in Particle Physics: From Isospin to Unified Theories.

Algebra, Mechanika kwantowa I (dobre zaliczenie).

Zaliczenie ćwiczeń na podstawie zadań domowych i dwóch kolokwiów.

Zadanie do opracowania w domu, zaliczone ćwiczenia i zdany egzamin pisemny zaliczają wykład. 

Program:

1. Elementarne zastosowania teorii grup w mechanice kwantowej.
2. Uzupełnienie wiadomości o grupach i algebrach Liego.
3. Algebry Clifforda i grupy Spin; spinory i twistory.
4. Klasyfikacja prostych algebr Liego; diagramy Dynkina.
5. Reprezentacje grupy Poincarego jako podstawa relatywistycznej mechaniki kwantowej.
6. Klasyfikacja Bianchiego trójwymiarowych grup Liego i jej zastosowanie w kosmologii.
7. Symetrie równań różniczkowych; twierdzenia Noether i prawa zachowania.

G. J. Ljubarskij, Teoria grup i jej zastosowania w fizyce.

W. Wojtyński, Grupy i algebry Liego.

R. Goodman and N. Wallach, Representations and invariants of the classical groups.

1. Repetytorium algebry tensorów
2. Mapy, atlasy i rozmaitości różniczkowe
3. Pola wektorowe, tensorowe i formy różniczkowe
4. Działanie grup Liego na rozmaitościach
5. Wiązki włókniste
6. Koneksje; zastosowania w teorii pól Yanga-Millsa.
7. Program semestru letniego:
8. Geometria Riemanna; zastosowania w ogólnej teorii względności
9. Geometria symplektyczna i jej związki z mechaniką
10. Rachunek żetów; zasady wariacyjne i prawa zachowania
11. Podrozmaitości; geometryczne aspekty teorii solitonów
12. Rozmaitości zespolone i Cauchy-Riemanna; elementy teorii twistorów
13. Przestrzenie jednorodne i symetryczne
14. Kohomologie de Rhama i klasy charakterystyczne; monopole magnetyczne i instantony
15. Struktury spinorowe i równanie Diraca na rozmaitościach.

J. Gancarzewicz, Geometria różniczkowa.

S. Kobayashi i K. Nomizu, Foundations of differential geometry, t. I i II (jest tłum. rosyjskie).

A. Trautman, Grupy oraz ich reprezentacje, skrypt IFT UW, Warszawa 2000 (plik postscriptowy pod adresem http://www.fuw.edu.pl/~amt/amt.html).

Dziedzinami zastosowań są kwantowe teorie wielu ciał, teoria atomów w QED, relatywistyczna fizyka jądrowa, teoria hadronów w QCD i badania teorii efektywnych w dziedzinie cząstek elementarnych. 

Wykład pomaga w zrozumieniu podstawowych pojęć renormalizacji w rachunku zaburzeń i teorii stanów związanych.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Mechanika kwantowa I, Kwantowa teoria pola.

1. Kwantowe wzmacniacze promieniowania.
2. Promieniowanie w pustych wnękach rezonansowych.
3. Teoria Einsteina oddziaływania promieniowania z materią.
4. Klasyczna i półklasyczna teoria dyspersji.
5. Kwantowa teoria dyspersji. Równania Blocha.
6. Półklasyczna teoria lasera. Elementy teorii Lamba.
7. Wiązki laserowe. Optyka geometryczna optycznych rezonatorów. 
8. Falowa teoria rezonatorów optycznych.
9. Teoria koherencji promieniowania laserowego.
10. Fluktuacje i statystyka fotonów w laserach.

K. Shimoda, Wstęp do Fizyki laserów.

P. Milonni i J.H. Eberly, Lasers.

Mechanika kwantowa I, Elektrodynamika.

Egzamin.

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

Program:

1. Podstawy mechaniki kwantowej.
2. Opis relatywistycznych cząstek, stany o dodatniej i ujemnej energii.
3. Rozproszenia i rozpady cząstek.
4. Cząstka skalarna i jej propagator.
5. Foton. Wektory polaryzacji. Propagator.
6. Wirtualne i rzeczywiste fotony.
7. Procesy 2?2 z udziałem fotonów i cząstek skalarnych.
8. Cząstka o spinie .
9. Efekt Comptona.
10. Kreacja par.
11. Procesy wyższych rzędów.
12. Katastrofa w podczerwieni.
13. Porównanie przewidywań QED z najnowszymi pomiarami stałej struktury subtelnej i anomalnego momentu magnetycznego.

R. P. Feynman, Teoria procesów elementarnych.

Wykład monograficzny prowadzony od podstaw. Wskazana znajomość mechaniki teoretycznej.

potwierdzenie wysłuchania wykładu.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Monograficzny wykład ,,Hadrony w nieperturbacyjnej chromodynamice kwantowej'' jest kontynuacją i poszerzeniem wykładów z poprzednich lat, noszących nazwę ,,Relatywistyczne stany związane''. W roku akademickim 2001/2002 będzie szczegółowo przypomniana niesatysfakcjonująca teoria równania Bethe-Salpeter, ze szczególnym podkreśleniem jej podstawowej wady jaką jest istnienie tzw. rozwiązań ,,nienormalnych'' (abnormal solutions with no nonrelativistic limit).
 

1. Program wykładu w roku akademickim 2001/2002 obejmuje:
2. Relatywistyczne sformułowanie zagadnienia stanu związanego, oparte na istnieniu wspólnego rozwiązania dwóch operatorów Casimira dla grupy Poincare,
3. Nieudane próby sformułowania równania relatywistycznego stanu związanego w postaci równania Bethe-Salpeter i jego wielorakich redukcji.
4. Nieadekwatność opisu relatywistycznego stanu związanego przy użyciu jakiegokolwiek opisu hamiltonowskiego, w tym także na froncie świetlnym, jak również na sieci, ze szczególnym uwzględnieniem chromodynamiki kwantowej.
5. Zastosowanie znajdowania wartości własnych operatorów Casimira dla grupy Poincare w przypadku mezonów h oraz r .
6. Zrozumienie bardzo małej szerokości połówkowej mezonu h oraz wyjaśnienie kontinuum dwóch mezonów p w typowym rozpadzie mezonu r , z równoczesnym istnieniem tylko punktowego spektrum dla masy mezonu r , uzyskanego na przykład w układzie dwóch kwarków i dwóch antykwarków.

Podstawowym podręcznikiem jest C. Itzykson i J.-B. Zuber, Quantum Field Theory.

Dodatkowo jest obowiązkowa literatura:

E. Wigner, Annals of Mathematics, 40 (1939) 149, R. Haag, Dan.Mat.Fys.Medd. 29 (1955) 1.

E. E. Salpeter and H. A. Bethe, Phys.Rev. 84 (1951) 1232.

M. Gell-Mann and F. Low, Phys.Rev. 84 (1951) 350

F. J. Dyson, Phys.Rev. 91 (1953) 1543.

N. Nakanishi, Phys.Rev. 138 (1965) B 1182, 139 (1965) B 1401.

J. - F. Lagae, Phys.Rev. D45 (1992) 305.

R. E. Cutkosky and M. Leon, Phys.Rev. 135 (1964) B 1445.

V. Fock, Zeit.f.Physik, 98 (1935) 145, J. Schwinger, J.Math.Phys. 5 (1964) 1606.

M. Stingl, Phys.Rev. D34 (1986) 3863, H. Habel et al., Zeit.f.Physik, A336 (1990) 423, 435.

J. M. Namysłowski, Prog.Part.Nucl.Phys. 36 (1996) 107, Acta Phys. Polonica B27 (1996) 2601.

Do zaliczenie wykładu konieczna jest aktywna obecność na około 90% wykładów oraz egzamin ustny zdany z wynikiem ,,dobrze'', lub ,,lepiej''.

1. Elementy geometrii różniczkowej.
2. Klasyczna struna, interpretacja działania Nambu-Goto, 
3. działanie Polyakova,
4. symetrie, wiezy, struna otwarta i warunki brzegowe.
5. Całka Polyakova
6. ustalanie cechowania w całce po drogach, duchy.
7. Symetria BRST, operatory fizyczne.
8. Amplitudy rozpraszania 
9. Efektywne działanie dla strun
10. Struna w tle 
11. Kwantowanie kanoniczne struny.
12. Kompaktyfikacja toroidalna, R-dualność
13. D-brany 

1. Supersymetria
2. Konstrukcje superstrun I, II i struny heterotycznej
3. Supergrawitacja w 10-wymiarach jako efektywne działanie dla superstrun.
4. Oddziaływanie D-bran
5. Dualność S.

M. Green, J. Schwarz, E. Witten, Superstring theory, vol. 1.

J. Polchiński, String theory, vol.1.

Egzamin (dla chętnych)

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

Program:
Zagadnienia:

1. dlaczego supersymetria,
2. algebra supersymetrii i jej reprezentacje,
3. superpola chiralne i wektorowe,
4. symetrie cechowania,
5. łamanie supersymetrii,
6. supersymetryczny model standardowy,
7. reguły Feynmana,
8. fenomenologia,
9. unifikacja.

P. West, Introduction to Supersymmetry and Supergravity.

D. Bailin, A. Love, Supersymmetric Gauge Field Theory and String Theory.

J. Wess, J. Bagger, Supersymmetry and Supergravity.

R.N. Mohapatra, Unification and Supersymmetry.

Współczesne metody kwantowej teorii pola, Mechanika kwantowa IIA.

Zajęcia sugerowane do zaliczenia przed wykładem:

Metody matematyczne fizyki (teoria grup), Teoria cząstek elementarnych

Zaliczenie ćwiczeń, egzamin pisemny i ustny.

Liczb godzin ćw./tydz.: 0

Zaznajomienie słuchaczy z podstawowymi strukturami geometrycznymi, stanowiącymi podstawę mechaniki analitycznej i rachunku wariacyjnego.

Program: 

Rozmaitości różniczkowe i wiązki wektorowe. Struktura wiązki stycznej i wiązki ko-stycznej. Rozmaitości symplektyczne, poissonowskie i algebroidy Liego. Iterowane funktory styczne. Podwójne wiązki wektorowe. 

Opis wariacyjny układu fizycznego na przykładzie statyki. Dynamika jako statyka w czasoprzestrzeni. Dynamika infinitezymalna (równania ruchu fazowego). Opis lagranżowski i hamiltonowski. Transformacja Legendre'a. Równania Eulera-Lagrange'a.

Brak.

Dla zrozumienia wykładu oprócz dobrych chęci wystarczy kurs Analizy C, zwłaszcza trzeci semestr.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Wykład poświęcony będzie teorii operatorów w przestrzeniach Banacha i Hilberta i ich zastosowaniom w fizyce kwantowej. Szczególna uwaga będzie poświęcona operatorom nieograniczonym, teorii zaburzeń i półgrupom operatorów. 

Skrypt wykładowcy.

M. Reed, B. Simon, Methods of Modern Mathematical Physics, vol I-IV.

T. Kato, Theory of Perturbation of Linear Operators.

Analiza I-II B lub C, Algebra B lub C, Mechanika kwantowa.

Egzamin ustny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Program:

1. Wstęp i pojęcia podstawowe.

1. Organizacja teorii pól kwantowych w hierarchie skal.
2. Elektrodynamika kwantowa i Model Standardowy jako teorie pól efektywnych.
3. Symetria chiralna

1. Chiralna teoria zaburzeń.

1. Przybliżenie jedno-pętlowe i fenomenologiczne przeciw-człony w Langranżjanie mezonowym.
2. Zagadnienia barionowe.
3. Zastosowania do obliczeń QCD na sieci.

1. Układy nukleon-nukleon.

1. Efektywne pola w skali poniżej masy pionu.
2. Przekroje czynne na rozpraszania nukleonów.

1. Metody funkcjonału gęstości w kwantowej hydrodynamice.

1. Rozwinięcia w potęgach pól.
2. Obliczenia materii jądrowej.

1. Jądrowy problem wielu ciał.

1. Samozgodne równanie Blocha-Horowitza.
2. Redukcja zagadnienia oddziaływań efektywnych do problemu perturbacyjnego.

Wstęp do fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych, Teoria jądra atomowego. 

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Mechanika kwantowa I oraz Mechanika kwantowa IIB.

Egzamin ustny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

Wykład stanowi wprowadzenie do formalizmu funkcji Greena w zastosowaniu do układów wielu cząstek w ramach teorii ciała stałego. Omówiony zostanie formalizm funkcji Greena dla zespolonych czasów (formalizm Kadanoffa - Bayma, diagramy Keldysha ) i ich zastosowanie do opisu zjawisk równowagowych (temperaturowe funkcje Greena) i nierównowagowych. W szczególności omówione zostanie tzw. kwantowe równanie Boltzmanna, formalizm Kubo i Mori oraz efekty transportowe wywołane nieporządkiem. Ostania część wykładu poświęcona będzie efektom wielociałowym w spektroskopii począwszy od spektroskopii rentgenowskiej (osobliwości progowe) do teorii widm eskcytonowych w półprzewodnikach i strukturach niskowymiarowych.

Charles P. Enz, A Course on Many-Body Theory Applied to Solid-State Physics.

L.P. Kadanoff i G. Baym, Quantum Statistical Mechanics.

J.W. Negele i H. Orland, Quantum Many-Particle Systems.

A. Sukiennicki i R. Ćwirkowicz, Teoria ciała stałego.

Mechanika kwantowa II, Fizyka statystyczna I

Zajęcia zalecane do zaliczenia przed wykładem: 

Teoria ciała stałego i Fizyka ciała stałego

Egzamin ustny.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

1. Introduction.
2. Scalar Fields.
3. Gauge Fields.
4. Fermions.
5. QCD.
6. Higgs and Yukawa models.
7. Simulation algorithms.

I. Montvay, G. Muenster, Quantum Fields on a Lattice.

Zajęcia sugerowane do zaliczenia przed wykładem: --

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

W wykładzie w sposób możliwie jednolity i systematyczny przedstawione zostaną podstawy szczególnej teorii względności i klasycznej fizyki relatywistycznej, w sytuacjach gdy zaniedbać można pole grawitacyjne. Szczególny nacisk położony zostanie na geometryczne aspekty tych teorii. 

Istniejące metody wykładu szczególnej teorii względności można przede wszystkim podzielić na dwie diametralnie odmienne klasy. Pierwsza z nich, historyczna, naśladuje w ten lub inny sposób postępowania przeprowadzone około roku 1905 przez Lorentza, Poincarego i Einsteina mające na celu uzyskanie elektrodynamiki ciał w ruchu. Natomiast druga, na którą składa się zespół heurystycznych postępowań rozmaitych autorów, nie wyłączając samego Einsteina w okresie po roku 1905, polega na mniej lub bardziej przekonującym takim uogólnianiu własności przestrzeni, czasu i praw mechaniki Newtona, aby otrzymać czasoprzestrzeń Minkowskiego i zasady klasycznej fizyki relatywistycznej. Podejście geometryczne w naturalny sposób faworyzuje ten drugi sposób wykładu, którego jedną z możliwych realizacji będzie metoda przyjęta tu przeze mnie. W wykładzie zostanie bowiem m.in. wyjaśnione, że zgodnie ze swego rodzaju uogólnieniem programu zaproponowanego przez Feliksa Kleina w jego wykładzie inauguracyjnym w Uniwersytecie w Erlangen w r. 1872, zbiór zdarzeń w mechanice newtonowskiej, opisywanych przez pary (r, t), gdzie r są wszystkimi możliwymi wartościami wektorów wodzących opisujących położenia dowolnego punktu materialnego mechaniki Newtona, a t wszystkimi możliwymi wartościami chwil czasów, w których punkt materialny może znaleźć się w tych położeniach jest swego rodzaju geometrią ? zwaną czasoprzestrzenią Galileusza. Bardzo naturalnym uogólnieniem tej geometrii, z punktu widzenia pewnych wymagań natury fizycznej, okaże się inna geometria - tzw. czasoprzestrzeń Minkowskiego, będąca areną zdarzeń klasycznej fizyki relatywistycznej.

Oto bardziej szczegółowy plan materiału, który zostanie objęty wykładem.

1. Fizyczny rodowód szczególnej teorii względności.
2. Czasoprzestrzeń Galileusza.
3. Czasoprzestrzeń Minkowskiego.
4. Grupa Lorentza i grupa Poincarego.
5. Kinematyka relatywistyczna.
6. Wybrane zagadnienia dynamiki relatywistycznej punktu materialnego i ośrodka ciągłego.
7. Wybrane zagadnienia klasycznej teorii pola.
8. Geometria i grupa konforemna.
9. Elementy rachunku (bi-)spinorów w czasoprzestrzeni Minkowskiego.

Zajęcia sugerowane do zaliczenia przed wykładem: --

Liczba godzin ćw./tydz.: 3 

Wprowadzenie (1), Warunki równowagi i stabilności kul gazowych, równania ewolucji gwiazd (7); Interpretacja diagramów Hertzsprunga-Russela (2); Więcej o równaniu stanu dla wnętrz gwiazdowych (2); Transport promieniowania (3); Reakcje jądrowe (4); Konwekcja (2); Teoria rotacji (4) ; Dyfuzja i mieszanie pierwiastków (2); Teoria pulsacji (4); Mechanizmy utraty masy (1); Model Słońca, heliosejsmologia (3) ; Ewolucja układów podwójnych z wymianą masy (4).

C.J. Hansen i S.D Kawaler, Stellar Interiors, Physical Priciples, Struture and Evolution.

Fizyka I, II, III, IV, Analiza matematyczna lub Matematyka A, Wstęp do astrofizyki obserwacyjnej.

Zaliczenie ćwiczeń i egzamin.

Liczba godzin ćw./tydz.: 2

1. Całki ruchu, orbity, perturbacje.
2. Wyznaczanie i poprawianie orbit.
3. Analityczna teoria ruchu planet; ruch Księżyca.
4. Zagadnienie 3 ciał.
5. Budowa Galaktyki; zliczenia gwiazd.
6. Ruch Słońca w Galaktyce.
7. Ruchy gwiazd i rotacja Galaktyki: teoria Oorta.
8. Funkcja rozkładu dla gwiazd i równanie Boltzmanna.
9. Stacjonarny model Galaktyki.
10. Zderzenia gwiazd, relaksacja i ewolucja funkcji rozkładu.
11. Struktura spiralna: teoria Lina.
12. Figury równowagi.

S. Wierzbiński, Mechanika nieba.

W. Zonn, K. Rudnicki, Astronomia gwiazdowa.

J. Binney, S. Tremaine, Galactic dynamics.

S. Chandrasekhar, Principles of stellar dynamics.

Analiza matematyczna lub Matematyka, Mechanika klasyczna lub Współczesna mechanika teoretyczna.

Zaliczenie ćwiczeń i egzamin.

Pracownia obejmuje cały zakres czynności związanych z obserwacjami CCD. Student zaczyna ćwiczenie w Warszawie od przygotowania mapek nieba do identyfikacji obiektu, następnie pod okiem prowadzącego ćwiczenie przystępuje do korzystania z teleskopu i w ciągu 1-3 pogodnych nocy dokonuje obserwacji. Zebrany i właściwie zarchiwizowany materiał obserwacyjny jest następnie analizowany w Warszawie. Prowadzący zapoznaje studenta z zasadami korzystania z pakietów do redukcji obserwacji IRAF, DAOphot i DOphot oraz programami do analizy czasowej sygnału. Z ich pomocą student redukuje obserwacje otrzymując (w zależności od typu obserwowanego obiektu) jasności, krzywe zmian blasku lub periodogramy, które mogą służyć dalszej analizie teoretycznej.

Zajęcia sugerowane do zaliczenia przed wykładem:

Wstęp do astronomii I i II.

1. Oddziaływanie promieniowania z materią; współczynnik pochłaniania; absorpcja i emisja; rozpraszanie; redystrybucja położeń i częstości.
2. Równanie transferu promieniowania; warunki brzegowe.
3. Ogólny opis atmosfery w równowadze termodynamicznej.
4. Atmosfery szare: przybliżenie Eddingtona; metoda Chandrasekhara; metody iteracyjne.
5. Atmosfery w lokalnej równowadze termodynamicznej; rozwiązywanie różniczkowych lub całkowych równań transferu; poprawki rozkładu temperatury.
6. Widma liniowe: opis klasyczny; podejście nierównowagowe; funkcja źródłowa dla linii; nierównowagowe równanie transferu; równowaga statystyczna.
7. Równanie transferu w ruchomym ośrodku; promieniowanie w kontinuum i w liniach; wiatry gwiazdowe.

D. Mihalas, Stellar atmospheres.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem:

Astrofizyka wnętrz gwiazdowych, Fizyka IV.

1. Pola magnetyczne w wielkiej skali i ograniczenie gęstości monopoli magnetycznych.
2. Pierwotne i generowane pola magnetyczne - cechy obserwowane.
3. Typowe efekty związane z polem magnetycznym planet, gwiazd, dysków akrecyjnych i galaktycznych oraz wpływ pola na materię rozproszoną.

II. Pola magnetyczne w rzadkiej plazmie.

1. Ruch cząstki naładowanej w polu magnetycznym o nietrywialnej geometrii: dryf, pułapki i lustra magnetyczne.
2. Promieniowanie cyklotronowe i synchrotronowe.

Promieniowanie kosmiczne - magnetyczne mechanizmy przyspieszenia.

1. Podstawowe równania MHD - prawa zachowania i wpływ pól na budowę gwiazd i dynamikę plazmy
2. Przybliżenie magnetostatyczne: plamy słoneczne, proturberancje, pola gwiazd typu Ap.
3. Toroidalne pole magnetyczne Słońca, cykle aktywności.
4. Niestabilności hydromagnetyczne ? związek z obserwacjami atmosfery Słońca.
5. Numeryczne rozwiązania równań MHD dla aktywnych obszarów Słońca i dysków akrecyjnych.

E. Priest, Solar magnetohydrodynamics.

E. Parker, Cosmical magnetic fields.

Astrofizyka wnętrz gwiazdowych, Astrofizyka atmosfer gwiazd.

Zajęcia wymagane do zaliczenia przed wykładem: 

Analiza matematyczna lub Matematyka A, Fizyka I, II, III i IV.

Zaliczenie ćwiczeń. Egzamin.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

Będzie to wykład o sposobach wykorzystywania danych obserwacyjnych o oscylacjach Słońca i innych gwiazd. Teoria oscylacji będzie przedstawiona w potrzebnym do tego zakresie. Zastosowania obejmą gwiazdy pulsujące różnych typów, ale najwięcej uwagi poświęcę Słońcu. Powiem o tym jak wyznacza się przebieg parametrów termodynamicznych i szybkości rotacji w jego wnętrzu na podstawie mierzonych częstotliwości oscylacji. Drogą do tego jest rozwiązywanie problemów odwrotnych . Przedstawię metody matematyczne, których zastosowania w astronomii przekraczają tytułowy zakres wykładu.

Program:

1. Wielomodalne gwiazdy pulsujące, przegląd danych obserwacyjnych.
2. Teoria oscylacji adiabatycznych.
3. Mierzenie okresów i identyfikaja modów oscylacji.
4. Modele sejsmiczne gwiazd.
5. Sejsmiczne sondowanie struktury i rotacji we wnętrzu Słońca

sformułowanie heliosejsmicznych problemów odwrotnych
metody rozwiązywania.

Liczba godzin ćw./tydz.: 0

1. Nowy standard Fortranu 90/95 - nowoczesny język programowania.
2. Podstawowe zmiany w stosunku do Fortranu 77.
3. Elementy języka.
4. Typy danych: deklaracje i sposób użycia, w tym m.in. tablice i wskaźniki.
5. Wyrażenia, operacje przypisania.
6. Instrukcje warunkowe i pętli.
7. Operacje wejścia/wyjścia.
8. Jednostki programu, moduły, procedury.

M. Metcalf , J. Reid, Fortran 90/95 explained.

C. Redwine, Upgrading to Fortran 90.

J. C. Adams et al., Fortran 95 Handbook.

Programowanie (Fortran 77)

Dla studentów: zaliczenie na podstawie obecności

R. Driver, E. Guesne, A. Tiberghien, Childrens- Ideas in Science. 

J. Salach, Dydaktyka fizyki: zagadnienia wybrane. 

J.L. Lewis, Nauczanie fizyki.

Próba odpowiedzi na przykładowe pytania:

Jakie są cele nauczania matematyki?

Na ćwiczeniach zostaną przeanalizowane programy nauczania i podręczniki szkolne - głównie starszych klas szkoły podstawowej i gimnazjum. Niektóre zajęcia będą przeprowadzane w pracowni komputerowej, zostaną pokazane możliwości wykorzystania komputerów w nauczaniu matematyki.

1. Wiedza na sprzedaż: wczoraj, dziś i jutro. Podstawowe zasady przemawiania, wygłaszania wykładów i prelekcji. Czy każdy może zostać Demostenesem?
2. Jak napisać artykuł lub książkę? Pisma o różnym poziomie i skierowane do różnych grup odbiorców. Jak pisać do tych różnych kategorii.
3. Popularyzacja nauki w Polsce i na świecie. Czego oczekują odbiorcy? Czy umiemy "sprzedawać" naukę?
4. Pojawienie się nowych środków wyrazu: fotografii, filmu, radia i TV, komputerów i prezentacji multimedialnych.
5. Sensacja w nauce. Efekty rewolucji naukowo-technicznej ? ogromny zalew informacji o osiągnięciach, a możliwości percepcji i ... pamięci człowieka.
6. Jak się robi popularnonaukową audycję, film i program TV.
7. Obraz polskiej nauki w mass mediach. Filmy promocyjne i instruktażowe ? ich najczęstsze cechy i wady. Prezentacja multimedialna.
8. Opowiadać, czy dyskutować? Kto chce słuchać "wymądrzania" się uczonych? Popularyzacja, czy publicystyka naukowa? Edukacja i popularyzacja nauki ? czy to jest to samo?
9. Marketing nauki. Jak wprowadzić nowe osiągnięcia na rynek w niełatwej sytuacji rynkowej? Reklama nauki.
10. Czy można nauką zainteresować wszystkich? Poziom społeczeństwa, a poziom popularyzacji.

Program: 

1. Galileusz i jego doświadczenie. Proces Galileusza.
2. Pojęcie próżni, Arystoteles, doświadczenia W. Magniego, B. Pascala, E. Torricellego.
3. Wybrane doświadczenia I. Newtona.
4. Ewolucja poglądów na temat światła. Doświadczenia Younga, Fresnela.
5. Ewolucja poglądów na budowę Układu Planetarnego. Ptolemeusz, Kopernik, Kepler, Tycho de Brahe. Odkrycie Neptuna, Urana, Plutona.
6. Odkrycie prądu elektrycznego. Doświadczenia Galvaniego, Volty, Oersteda, Amper?a.
7. Wybrane doświadczenia M. Faradaya.
8. Narodziny termodynamiki. Carnot, Laplace, Mayer, Joule.
9. Ewolucja wyobrażeń o budowie atomowej. Atomy Demokryta, Daltona, Doświadczenie Perrina, ruchy Browna.
10. Narodziny mechaniki kwantowej. Widma emisyjne, zjawisko fotoelektryczne, odkrycie promieniotwórczości naturalnej, doświadczenie Rutherforda, koncepcja Plancka promieniowania termicznego ciał.

1. Wiązania i pasma w ciałach stałych. Wiązania : metaliczne, kowalencyjne, jonowe i molekularne. Tetraedr Grimma. Powstawanie pasm w ciałach stałych. Diament, grafit i fullereny. Kowadła diamentowe. Ciała stałe pod ciśnieniami.
2. Prąd elektryczny. Przewodnictwo elektryczne. Nadprzewodnictwo. Metale, półprzewodniki, izolatory. Przewodzące plastiki.
3. Mikroelektronika i komputery. Półprzewodniki i supersieci, kwantowy efekt Halla.
4. Lasery. Zasada działania lasera. Przykłady laserów. CD ROM. światłowody i ich wzmacniacze optyczne.
5. Mikroskopy ? elektronowy i tunelowy.
6. Jądro atomowe. Bomba atomowa. Rosyjscy szpiedzy.
7. Bomba wodorowa. Decyzje Stalina. Czy Polak wymyślił bombę wodorową? 
8. Atomy. Widmo wodoru w historii XX wieku. Spektroskopia laserowa.
9. Cząsteczki. Widma cząsteczkowe. Zjawisko Ramana. Fluorescencja i fosforescencja. Lasery barwnikowe.
10. Ciekłe kryształy. Nematyki, cholesteryki i smektyki. Ciekłokrystaliczne obiekty biologiczne. 
11. Kryształy. Własności optyczne ciał stałych. Lasery rubinowy i niebieski półprzewodnikowy. 
12. Kwazikryształy. Symetria translacyjna ciał stałych.
13. Magnetyki. Pamięci magnetooptyczne.

Na każdym wykładzie udostępniane są materiały.

Mechanika kwantowa I lub Fizyka kwantowa

Egzamin