Računalne metode u modernoj fizici

Opis predmeta

Kroz četiri teme prezentiraju se različite računalne metode koje se koriste za simulacije problema u suvremenoj fizici. Praćenje zrake (ray-tracing) u zakrivljenom prostorvremenu: Prostorvrijeme. Zakrivljeno prostorvrijeme. Metrika. Duljina krivulje. Riemannov tenzor. Einsteinova jednadžba i sfernosimetrična rješenja. Propagacija svjetlosti u zakrivljenom prostorvremenu. Numerička rješenja diferencijalnih jednadžbi. Praćenje zrake (engl. raytracing). Gravitacijska leća. Primjena strojnogu učenja na klasifikaciju događaja u fizici visokih energija: Uvod u gama astronomiju s tla: astronomski objekti, instrumenti. Lanac prikupljanja i analize podataka. Rekonstrukcija događaja. Problem odvajanja signala uz visoki šum. Primjena stabala odluke (engl. random forest) na problem gama-hadron separacije. Atomska veza u materijalima: kvantno-mehanički model i klasično pojednostavljenje. Kristalna rešetka. Adsorpcija na površini materijala: kemisorpcija i fizisorpcija. Slojevi Van der Waalsovih materijala (grafen kao primjer). Simulacije nalaženja optimalne strukture u kvantno-mehaničkom i klasičnom modelu. Proračun štitova od ionizirajućeg zračenja brzim inženjerskim metodama. Metoda Greenovih funkcija za točkaste i raspodijeljene izvore zračenja. Faktor nakupljanja gama zračenja u štitovima. Greenova funkcija za uklanjanje brzih neutrona u vodi. Difuzijska aproksimacija transportne jednadžbe neutrona i neke njezine primjene.

Ishodi učenja

  1. Opisati zakrivljenost prostora i putanju svjetlosti u zakrivljenom prostoru.
  2. Primijeniti metodu praćenja zrake na probleme u optici.
  3. Opisati kristalnu rešetku i međuatomske sile.
  4. Primijeniti koncept sile i energije na pronalaženje optimalne konfiguracije sustava.
  5. Objasniti pojmove interakcija kratkog i dugog dosega.
  6. Identificirati kvantitativno naglu promjenu strukture sustava.
  7. Primijeniti algoritam strojnog učenja na problem klasifikacije.

Oblici nastave

Predavanja

Uvod u fiziku zadanog problema

Samostalni zadaci

Rad na projektima

Laboratorij

Pomoć u radu na projektima

Način ocjenjivanja

Kontinuirana nastava Ispitni rok
Vrsta provjere Prag Udio u ocjeni Prag Udio u ocjeni
Laboratorijske vježbe 0 % 20 % 0 % 20 %
Domaće zadaće 0 % 80 % 0 % 0 %
Ispit: Pismeni 0 % 80 %

Tjedni plan nastave

  1. Događaji u fizici visokih energija
  2. Događaji u fizici visokih energija, Primjena strojnog učenja na klasifikaciju događaja
  3. Primjena strojnog učenja na klasifikaciju događaja
  4. Metrika u zakrivljenom prostor-vremenu
  5. Jednadžba geodezike, Metrika u zakrivljenom prostor-vremenu
  6. Jednadžba geodezike, Praćenje trajektorija fotona
  7. Praćenje trajektorija fotona
  8. Međuispit
  9. Interakcije Van der Waalsovom silom
  10. Interakcije Van der Waalsovom silom, Slojevi grafena
  11. Slojevi grafena
  12. Štitovi od ionizirajućeg zračenja. Gama zračenja u štitovima.
  13. Transportne jednadžbe neutrona i primjene.
  14. Transportne jednadžbe neutrona i primjene.
  15. Završni ispit

Studijski programi

Sveučilišni preddiplomski
Izborni predmeti (6. semestar)
Izborni predmeti (6. semestar)
Sveučilišni diplomski
Izborni predmeti (2. semestar)
Izborni predmeti (2. semestar)
Izborni predmeti (2. semestar)
Izborni predmeti (2. semestar)
Izborni predmeti (2. semestar)
Izborni predmeti (2. semestar)
Izborni predmeti (2. semestar)
Izborni predmeti (2. semestar)
Izborni predmeti (2. semestar)
Izborni predmeti (2. semestar)
Izborni predmeti (2. semestar)
Izborni predmeti (2. semestar)
Izborni predmeti (2. semestar)
Izborni predmeti (2. semestar)

Literatura

(.), V. Šips, I. Rendulić: Uvod u fiziku čvrstog stanja,
(.), General Relativity, MIT OpenCourseWare https://ocw.mit.edu/ans15436/ZipForEndUsers/8/8-962-spring-2006/8-962-spring-2006.zip,
(.), Modelling Environmental Complexity, Percolation Theory chapter, MIT OpenCourseWare https://ocw.mit.edu/courses/earth-atmospheric-and-planetary-sciences/12-086-modeling-environmental-complexity-fall-2014/lecture-notes/MIT12_086F14_percolation.pdf,
(.), Albert, J., et al. (2008). Implementation of the random forest method for the imaging atmospheric Cherenkov telescope MAGIC. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 588, 424,

Za studente

Izvedba

ID 183467
  Ljetni semestar
5 ECTS
R1 Engleski jezik
R1 E-učenje
45 Predavanja
0 Seminar
0 Auditorne vježbe
13 Laboratorijske vježbe
0 Konstrukcijske vježbe

Ocjenjivanje

90 izvrstan
80 vrlo dobar
65 dobar
50 dovoljan