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402-0861-00L 10 Credits MSC D-ITET , D-MATH , D-PHYS
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Statistical Physics

Lecturers & Examiners: Prof. Dr. Eugene Demler
VVZ CR n/a

Last Updated: 2026-06-01 11:31:24

Abstract

This lecture covers the concepts of classical and quantum statistical physics. Several techniques such as second quantization formalism for fermions, bosons, photons and phonons as well as mean field theory and self-consistent field approximation. These are used to discuss phase transitions, critical phenomena and superfluidity.

Objective

This lecture gives an introduction in the basic concepts and applications of statistical physics for the general use in physics and, in particular, as a preparation for the theoretical solid state physics.

Content

Kinetic approach to statistical physics: H-theorem, detailed balance and equilibirium conditions. Classical statistical physics: microcanonical ensembles, canonical ensembles and grandcanonical ensembles, applications to simple systems. Quantum statistical physics: density matrix, ensembles, Fermi gas, Bose gas (Bose-Einstein condensation), photons and phonons. Identical quantum particles: many body wave functions, second quantization formalism, equation of motion, correlation functions, selected applications, e.g. Bose-Einstein condensate and coherent state, phonons in elastic media and melting. One-dimensional interacting systems. Phase transitions: mean field approach to Ising model, Gaussian transformation, Ginzburg-Landau theory (Ginzburg criterion), self-consistent field approach, critical phenomena, Peierls' arguments on long-range order. Superfluidity: Quantum liquid Helium: Bogolyubov theory and collective excitations, Gross-Pitaevskii equations, Berezinskii-Kosterlitz-Thouless transition.

Resources

Lecture Notes

Lecture notes available in English.

Literature

No specific book is used for the course. Relevant literature will be given in the course.

Learning Materials (Links)

General Information

Language
English
Levels
MSC
Frequency
Yearly recurring

Examination

Type
session examination
Mode
written 180 minutes
Aids
None

Course Components

Type Title Time & Place Hours
lecture Statistical Physics
  • Tue 13:45-15:30 (HPV G 4)
  • Wed 13:45-15:30 (HPV G 4)
4 h weekly
exercise Statistical Physics
  • Tue 15:45-17:30 (HCI J 4)
  • Wed 11:45-13:30 (HCI D 2)
2 h weekly

Offered In

  • Mathematik Master
    • Anwendungsgebiet (Nur für das Master-Diplom in Angewandter Mathematik erforderlich und anrechenbar. In der Kategorie Anwendungsgebiet für den Master in Angewandter Mathematik muss eines der zur Auswahl stehenden Anwendungsgebiete gewählt werden. Im gewählten Anwendungsgebiet müssen mindestens 8 KP erworben werden. Kreditpunkte aus anderen Anwendungsgebieten sind nicht für weitere Anwendungsgebiete anrechenbar.)
      • Theoretical Physics (Im Master-Studiengang Angewandte Mathematik ist auch 402-0205-00L Quantenmechanik I als Fach im Vertiefungsgebiet Theoretical Physics anrechenbar, aber nur unter der Bedingung, dass 402-0224-00L Theoretische Physik nicht angerechnet wurde oder wird (weder im Bachelor- noch im Master-Studiengang). Wenden Sie sich für die Kategoriezuordnung nach dem Verfügen des Prüfungsresultates an das Studiensekretariat ( ).)
    • Wahlfächer (Für das Master-Diplom in Angewandter Mathematik ist die folgende Zusatzbedingung (nicht in myStudies ersichtlich) zu beachten: Mindestens 14 KP der erforderlichen 26 KP aus Kern- und Wahlfächern müssen aus Bereichen der angewandten Mathematik und weiteren anwendungsorientierten Gebieten stammen.)
  • Physik Master
    • Kernfächer (Maximal ein Kernfach aus dem Angebot für Bachelorstudierende in Physik (BSc Reglement 2021) kann als Wahlfach angerechnet werden. Für die Kategoriezuordnung lassen Sie bei der Prüfungsanmeldung "keine Kategorie" ausgewählt und wenden Sie sich nach dem Verfügen des Prüfungsresultates an das Studiensekretariat."( ).)
  • Quantum Engineering Master
    • Kernfächer (A minimum of 24 credits must be obtained from core courses during the MSc QE, course selection is subject to the tutor's agreement.)
      • Physics Core Courses (These core courses target students with an engineering background and all those who need additional physics foundations.)