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. Adsorpcija na površini materijala: Kemisorpcija i fizisorpcija. Van der Waalsova sila. Kristalna rešetka. Slojevi Van der Waalsovih materijala (grafen kao primjer). Simulacija adsorpcije Van der Waalsovog materijala na površinu. Simulacija optimalne orijentacije adsorbiranog sloja u odnosu na kristalnu rešetku substrata. Perkolacija, primjena na određivanje svojstava materijala: Osnovni koncepti perkolacije. Nagli prijelazi u ponašanju materijala. Dugodosežna povezanost. Električna vodljivost u kompozitnim materijalima. Utjecaj tuneliranja. Monte Carlo simulacije materijala i usporedba s mjerenim veličinama.

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

Auditorne vježbe

Samostalni zadaci

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. Perkolacijski koncepti. Nagle promjene ponašanja. Povezanost dugog dosega
  13. Perkolacijski koncepti. Nagle promjene ponašanja. Povezanost dugog dosega
  14. Električna vodljivost u kompozitnim materijalima
  15. Završni ispit

Studijski programi

Sveučilišni preddiplomski
Elektrotehnika i informacijska tehnologija (studij)
Izborni predmeti (6. semestar)
Računarstvo (studij)
Izborni predmeti (6. semestar)
Sveučilišni diplomski
Audiotehnologije i elektroakustika (profil)
Slobodni izborni predmeti (2. semestar)
Automatika i robotika (profil)
Slobodni izborni predmeti (2. semestar)
Elektroenergetika (profil)
Slobodni izborni predmeti (2. semestar)
Elektroničko i računalno inženjerstvo (profil)
Slobodni izborni predmeti (2. semestar)
Elektronika (profil)
Slobodni izborni predmeti (2. semestar)
Elektrostrojarstvo i automatizacija (profil)
Slobodni izborni predmeti (2. semestar)
Informacijsko i komunikacijsko inženjerstvo (profil)
Slobodni izborni predmeti (2. semestar)
Komunikacijske i svemirske tehnologije (profil)
Slobodni izborni predmeti (2. semestar)
Programsko inženjerstvo i informacijski sustavi (profil)
Slobodni izborni predmeti (2. semestar)
Računalno inženjerstvo (profil)
Slobodni izborni predmeti (2. semestar)
Računalno modeliranje u inženjerstvu (profil)
Slobodni izborni predmeti (2. semestar)
Računarska znanost (profil)
Slobodni izborni predmeti (2. semestar)
Znanost o mrežama (profil)
Slobodni izborni predmeti (2. semestar)
Znanost o podacima (profil)
Slobodni 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,

Nositelji

Izv. prof. dr. sc.
Ana Babić

Za studente

Izvedba

ID 183467
  Ljetni semestar
5 ECTS
R3 Engleski jezik
R1 E-učenje
45 Predavanja
13 Laboratorijske vježbe