Labwork

Wetlab

I completed a two-week wetlab training course as part of the Oxford Systems Biology DTC in 2012, the results of which I wrote up here.

Experimental physics lab

As part of my training as a physicist in Bremen, I completed many lab experiments including these:

Find below my description of these experiments in German, and my ranking of which ones are worth doing for future students.

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schroedingerSolver – numerical solutions of Schrödinger’s equation (stationary case)

You can feed an arbitrary one-dimensional potential into the solver, along with information about the observed interval and discretisation. The program interpolates the potential and solves Schrödinger’s equation numerically in order to obtain an arbitrary number of wave functions, as well as their corresponding energy levels. All of the results are broken up in output files which can easily be displayed graphically. Additionally, a Matlab routine is provided for the purpose of obtaining a neat plot of the results. The program SchroedingerSolver is written entirely in Fortran and uses several LAPACK routines.

This program was co-authored by Andreas Krut. We used the distributed revision control system bazaar(bzr) in order to revise and merge our code.

In the readme (see below) you’ll find detailed instructions on how to compile and run the program, as well as all the necessary prequisites. If you have already set up your workspace, you can make a test compile via

>$ make test_lite

schroedingerSolver_output

The documentation should give a good idea of how the program works. Also, visit the schroedingerSolver Launchpad developer site, or download a zip file of the repo directly.

 

Vortrag: Supraleitung

Dies ist ein Vortrag von mir im Rahmen der Veranstaltung “Mündliche Präsentationstechniken”. Der Vortrag stellt eine  Einführung in die Supraleitung dar und gibt einn Einblick in einige theoretische und experimentelle Grundlagender Supraleitung (Meißner-Ochsenfeld-Effekt, BCS-Theorie, Josephson-Effekt) und zeigt einige bereits realisierte und kommende Anwendungen der Supraleitung.

Supraleitung_Vortrag

Animated Lagrange Top

This Matlab programme simulates a Lagrange top, which is a symmetric top spinning in a gravitational field. To call it, type

kreisel([1,10],[0;pi;pi/2;0;0;0])

The first parameter is a time interval \([t_0,t_\text{end}]\) and the second parameter are the initial conditions of the Euler angles \([\varphi,\dot{\varphi},\vartheta,\dot{\vartheta},\psi,\dot{\psi}]\).

The spinning top zip folder contains the code, typed documentation and a Mathematica notebook in which I derive the ordinary differential equations which are solved numerically in Matlab.

Fast Fourier Transformation

Die zwei Programme fftw4.c und fftwd2.c binden die FFTW-Programmbibliothek ein (“Fastest Fourier Transform in the West”). Die Programme führen FFT-Transformationen durch und zeigen einigeAnwendungsbeispiele auf, bei denen die numerische Fourier-Trnasformation zum Einsatz kommt. fftw4.c transformiert eine gegebene

Funktion vom Originalbereich in den Fourier-Bereich, was anhand von Gauss-Kurve,verschiedenen Spalten und einem Gitter gezeigt wird (siehe Bild).

fftwd2.c vergleicht unterschiedliche Methoden des numerischen Differenzierens und zeigt den Vorteil des Differenzierens im Fourier-Raum auf. Beide C-Programme sind in der Dokumentation ausführlich beschrieben.

Interferenzmuster

fftw4.c

fftwd2.c

Dokumentation

 

Praktikum beim ZARM

Ich habe Juli/August ein dreiwöchiges Praktikum in der AG Fundamental Physics am ZARM (Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation) gemacht. Dabei beschäftigte ich mich mit der sog. Pioneer-Anomalie, einer nicht erklärten und etwa konstanten Beschleunigung, die die Pioneer-Sonden 10 und 11 seit dem Verlassen des Sonnensystems erfahren haben. Dazu arbeitete ich mit Fortran und Matlab und eignete mir Wissen zu Binärdaten und Datenanalyse, -manipulation und -auswertung an (siehe erstes Bild). 

Im März 2009 habe ich noch eine weitere Praktikumswoche beim ZARM gemacht. Dabei ging es vor allem um C-Programmierung. Aufgabe war es, die sehr schnelle Bibliothek FFTW (“Fastest Fourier Transform in the West”) in C einzubinden und damit einige numerische Fourier-Transformationen durchzuführen. z.B. war dies die Transformation von Stufenfunktionen, über die ich Interferenzmuster vom Doppelspalt oder Gittern berechnen konnte. Außerdem ist mit FFTW leicht die numerische Differenziation im Fourier-Raum möglich. Beim Vergleich von gewöhnlichen numerischen Methoden zum Differenzieren (über Steigungsdreiecke) konnte ich zeigen, dass die Differenziation im Fourier-Raum effizienter arbeitet. Genauere Informationen sind im Artikel Fast Fourier Transformation.

Ich habe meine Ergebnisse im Praktikumsbericht zusammengeschrieben.

Interferenz

Präsentation: das ptolemäische Weltbild

In dieser Präsentation geht es um das geozentrische (oder ptolemäische) Weltbild, das vor dem heliozentrischen (kopernikanischen) gegolten hat. Es wird auch auf das Werk (Almagest, Tierkreis) des unglaublich einflussreichen Universalgelehrten Ptolemäus eingegangen, dessen Astronomie 2000 Jahre lang allgemein akzeptierter Standard war.

Ich habe in Cabri Geometrie 2 die Ideen der Epizykeltheorie in Animationsfilmchen (*.avis) visualisiert: