Physik
Bachelor of Science (B. Sc.)
Mit einem Bachelorabschluss in Physik hast du die beste Grundlage für unseren Masterstudiengang Physik und verwandte Studiengänge. Dein Studium bereitet dich auf Tätigkeiten in vielen Berufsfeldern vor. Die Möglichkeiten reichen von wissenschaftlichen Einrichtungen und Entwicklungsabteilungen von Industrieunternehmen über den gesamten IT-Bereich inklusive Big Data und künstlicher Intelligenz bis hin zu Produktion und Vertrieb, Versicherungen, Banken und Unternehmensberatungen.
Unser Bachelorstudium Physik bietet dir einen umfassenden Überblick über die physikalischen Grundlagen und eröffnet damit den Zugang zu aktuellen Forschungsrichtungen wie der Elementarteilchenphysik, der Astroteilchenphysik, der Quantenoptik oder der Festkörperphysik.
Auf dieser Seite findest du alle wichtigen Informationen zu deinem laufenden Studium.
Was genau lernt man im Bachelorstudium?
Das Bachelorstudium vermittelt die Grundausbildung in theoretischer und experimenteller Physik. In Theoretischer Physik lernst du die elegante mathematische Beschreibung von Naturgesetzen, während in der Experimentellen Physik Versuche vorgestellt und durchgeführt werden, mit denen die Gültigkeit dieser Naturgesetze überprüft werden kann. Die Pflichtvorlesungen (d.h. diese musst du belegen) behandeln die folgenden Themen aus theoretischer und experimenteller Perspektive:
- Mechanik
Wie beschreibt man die Bewegung von Massenpunkten unter dem Einfluss von einfachen Kräften, wie z.B. einem Pendel? Was passiert, wenn man ausgedehnte Objekte betrachtet, wie einen Kreisel? Wie versteht man die Bewegung von Planeten um die Sonne?
- Thermodynamik und statistische Physik
Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile. Da Atome sehr klein sind, bestehen reale Systeme aus Unmengen von Bausteinen, die man unmöglich alle einzeln beschreiben kann. Hier müssen statistische Methoden angewendet werden.
- Elektrodynamik
Was sind elektrische und magnetische Kräfte? Was passiert, wenn man beide zu elektromagnetischen Feldern kombiniert?
- Quantenmechanik
Anfang des 20. Jahrhunderts hat man festgestellt, dass im Mikrokosmos völlig neue Gesetze herrschen, die oft unserer anschaulichen Vorstellung widersprechen. Diese Gesetze, die durch zahllose Experimente bestätigt wurden, lernst du in den Quantenmechanikvorlesungen.
- Atom- und Molekülphysik
„Alles besteht aus Atomen.“ Dieser Satz fasst für den Physiknobelpreisträger Richard Feynman unsere wissenschaftliche Erkenntnis auf die kürzestmögliche Weise zusammen. Du lernst, wie Atome aufgebaut sind und wie man sie zu größeren Einheiten, den Molekülen, zusammensetzt.
- Festkörperphysik
Warum ist Kupfer ein sehr guter Leiter für den elektrischen Strom, aber undurchlässig für Licht? Warum ist das bei Glas genau umgekehrt? Wieso ändert sich die Länge der Siegtalbrücke zwischen Sommer und Winter? Warum beinhalten alle elektronischen Geräte Silizium? Die Antworten auf solche Fragen geben dir die Vorlesungen über Festkörperphysik.
- Kern- und Teilchenphysik
Hier lernst du die kleinsten Bausteine aller Materie kennen sowie die fundamentalen Kräfte, die zwischen diesen Elementarteilchen wirken. Diese Eigenschaften haben weitreichende Konsequenzen für unser Verständnis vom Aufbau und von der Entstehung des Universums.
Welche Bausteine des Studiums gibt es?
So wie in den meisten Studiengängen besteht das Physikstudium aus einer Mischung von Vorlesungen, Seminaren und Übungen. Diese unterscheiden sich vor allem darin, wie sehr du in den Kurs einbezogen wirst. Zusätzlich übst du in Laborpraktika die Durchführung von naturwissenschaftlichen Experimenten und den Umgang mit modernen physikalischen Messgeräten ein.
Im Proseminar lernst du, wie man anhand von Fachliteratur einen Vortrag über ein aktuelles Thema der Physik vorbereitet und präsentiert.
Mathematik ist die Sprache der Physik, daher sind Mathematikvorlesungen wesentlicher Teil des Bachelorstudiums.
In der Bachelorarbeit arbeitest du dann in einer Arbeitsgruppe an einem abgegrenzten Thema und kannst dabei erstmalig Forschungsluft schnuppern. Die Bachelorarbeit kann auch extern in einer Forschungseinrichtung oder Firma angefertigt werden.
Darüber hinaus kannst du dich in Wahlfächern aus dem Angebot der Physik, der Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät oder der gesamten Universität spezialisieren und Schlüsselqualifikationen, wie z.B. fortgeschrittene Programmierkenntnisse, erwerben.
Mögliche Spezialisierungen
Nach den grundlegenden Veranstaltungen im Bachelorstudium, die ein breites Bild über die Physik schaffen, kristallisiert sich oft der individuelle Wunsch heraus, sich mehr auf die experimentelle oder theoretische Seite der Physik zu fokussieren.
Dafür werden jedes Semester zahlreiche Wahlpflichtfächer angeboten (d.h. du musst aus einer Liste von Fächern auswählen) sowie diverse Themen für Bachelorarbeiten und die anschließende Spezialisierung im Master. Aber keine Sorge: Studierende, die erst in alle Fachgebiete eintauchen wollen, um dann ihre Fachrichtung zu finden, können dies über verschiedene Wahlpflichtfächer, Vorträge und Seminare tun. Oder du klopfst einfach an die Tür deines Professors und erkundigst dich nach der aktuellen Forschung der Gruppe. Der Bachelorabschluss in Physik ist breit angelegt und eröffnet Möglichkeiten für jegliche Spezialisierung in Physik. In Siegen kann ab dem Masterstudium in den Forschungsgebieten der lokalen Arbeitsgruppen mitgeforscht und mitgearbeitet werden: Astro-Teilchenphysik, Quantenoptik und Festkörperphysik sowie Didaktik der Physik.
Die Elementarteilchenphysik untersucht die grundlegenden Bausteine der Materie und die fundamentalen Wechselwirkungen zwischen diesen Bausteinen und bildet somit die Grundlage für unser Verständnis der Welt, beginnend beim Urknall. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse werden theoretisch im Standardmodell (SM) der Teilchenphysik zusammengefasst. Mit der Entdeckung des Higgsteilchens im Jahre 2012 am Forschungszentrum CERN in Genf durch die Experimente ATLAS und CMS kann das SM als abgeschlossen betrachtet werden.
Obwohl das SM Tausende von Observablen präzise vorhersagen kann und diese Vorhersagen von vielen Experimenten bestätigt werden, wird diese Theorie dennoch nur als eine Näherung einer noch fundamentaleren Theorie (BSM = beyond SM) angesehen, nach der nun intensiv gesucht wird. Der Grund für diese Sichtweise liegt darin begründet, dass das SM elementare Fragen, wie etwa die Existenz von gewöhnlicher Materie im Universum, nicht beantworten kann und ebenso die Existenz von dunkler Materie offen lässt.
Das Hauptziel der gegenwärtigen Forschung in der Teilchenphysik besteht darin, Hinweise auf die BSM-Theorie zu finden. Dies kann sowohl durch das direkte Suchen nach neuen, schweren Teilchen am Large Hadron Collider (LHC) am CERN erfolgen oder durch den Vergleich von ultrapräzisen Messungen - z.B. am CERN - mit genauen Rechnungen im Rahmen des SM. Etwaige signifikante Abweichungen dieser Messungen von den korrespondierenden SM-Rechnungen können dann Hinweise auf die Strukturen der BSM-Theorie liefern. Die Siegener Aktivitäten auf diesem Gebiet teilen sich wie folgt auf:
- Experimentelle Teilchen- und Astroteilchenphysik
Siegener Physiker sind maßgeblich am ATLAS-Experiment am CERN beteiligt und untersuchen dabei insbesondere das schwerste bekannte Elementarteilchen, das Top-Quark. Ebenfalls sind die Siegener Physiker am Pierre-Auger-Experiment in Argentinien engagiert, mit dem extrem energetische kosmische Strahlen mit einem 3.000 km² großen Detektorfeld gemessen werden können.
- Theoretische Teilchenphysik
Theoretiker an der Uni Siegen erstellen im Rahmen des SM Rechnungen mit der weltweit höchsten Präzision und studieren die Eigenschaften hypothetischer BSM-Modelle. Hierbei werden sowohl analytische Methoden (von Papier und Bleistift bis zu Computeralgebra) als auch numerische Simulationen an Computerclustern in Siegen oder weltweit durchgeführt.
Die Festkörperphysik ist das wohl breiteste Gebiet der Physik und umfasst Themen wie z.B. Halbleiterphysik und -elektronik, Magnetismus, Nanostrukturen, Kristallographie, Tieftemperaturphysik und Polymerphysik. Dieses Gebiet ist sehr vielschichtig, spannend und voller tiefgründiger Ideen. Es reicht von sehr anwendungsorientierter Forschung bis zu hochgradig abstrakten Theorien. Mit Hilfe der Festkörperphysik können wir einen Großteil der uns umgebenden Welt verstehen. Damit ist sie auch sehr relevant für Anwendungen, von denen einige in der Vergangenheit unsere Welt und unsere Gesellschaft stark geprägt haben. Besonders offensichtlich ist dies für die Mikroelektronik, die Computer und Smartphones hervorgebracht hat, und die vollständig auf der Halbleiterphysik aufgebaut ist. Gleichzeitig ist sie auch ein Gebiet voller fundamentaler Entdeckungen, nicht weniger als 50 Nobelpreise wurden für Entdeckungen auf dem Gebiet der Festkörperphysik verliehen. Häufig können Systeme der Festkörperphysik als Labore auf der Nanoskala dienen, um Probleme der Quantenphysik oder der statistischen Physik experimentell zu untersuchen.
In den drei Siegener Arbeitsgruppen Experimentelle Nanophysik, Röntgenphysik und Röntgentomographie wird eine große Bandbreite von modernen Untersuchungsmethoden eingesetzt. Diese reichen von Beugung ultrakurzer Röntgenpulse am Freien-Elektronen-Laser über Röntgenfluoreszenz-Tomographie bis zur Rastertunnelmikroskopie, die Festkörperoberflächen in atomarer Auflösung darstellen kann. Es werden sehr unterschiedliche Systeme untersucht: Wir bestimmen Verspannungen und Defektdichten in Materialien aus dem Fahrzeugbau und analysieren den Herstellungsprozess von Kompositmaterialien. Die Analyse der durch Röntgenstrahlung ausgelösten Sekundärstrahlung erlaubt eine Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Proben, was vor allem für biomedizinische Proben sehr relevant ist. Hier untersuchen wir atherosklerotische Plaques, um zukünftig Infarkte vermeiden zu können, und analysieren die Verteilung von Nanopartikeln in Krebszellen. Wir beobachten die Dynamik weicher Materie, z.B. von Proteinen bei Phasenübergängen. Die hohe Zeitauflösung unserer Methoden erlaubt uns, ultraschnelle Prozesse in magnetischen Systemen zu beobachten. Die dabei verwendeten starken Laserpulse lösen ihrerseits Veränderungen in der Materie auf der Nanoskala aus, die wir untersuchen. Wir erforschen neue ultradünne (zweidimensionale) Materialien ausgehend vom prototypischen Graphen (Physiknobelpreis 2010), das aus einer monoatomaren Schicht Kohlenstoff besteht. Man geht davon aus, dass diese Materialien die Miniaturisierung elektronischer Schaltkreise entscheidend voranbringen können.
Die Quantenoptik hat sich in den letzten Jahrzehnten zu einem innovativen und interdisziplinären Forschungsfeld der Physik entwickelt. Dabei haben sich zwei Entwicklungen ergeben: Zum einen ist es heutzutage experimentell möglich, einzelne Atome, Ionen oder Photonen zu fangen, zu kontrollieren und zu manipulieren. Dies erlaubt die Durchführung von Experimenten, die bisher reine Gedankenexperimente waren. Zum anderen werden im Wechselspiel zwischen Quantenphysik und Informationstheorie neue Konzepte für die Quanteninformationsverarbeitung erforscht. Beispiele sind die Quantenkryptographie, die es ermöglicht, Nachrichten beweisbar sicher zu verschlüsseln, und der Quantencomputer, mit dem wichtige Probleme schneller als mit klassischen Computern gelöst werden können. In Siegen arbeiten drei Arbeitsgruppen auf dem Gebiet der Quantenoptik und Quanteninformation:
In der Arbeitsgruppe Experimentelle Quantenoptik werden einzelne Atome eingefangen und mit Laserlicht bis nahe an den absoluten Nullpunkt gekühlt. Dies ermöglicht es, die innere Dynamik der Atome und deren Bewegung, beides bestimmt von den Gesetzen der Quantenmechanik, zu beobachten. Durch die gezielte Präparation einzelner Atome oder von Atomkristallen werden Experimente zu einer Vielzahl von physikalischen Phänomenen möglich, insbesondere zur Untersuchung grundlegender Fragestellungen, z.B. den Messprozess in der Quantenmechanik betreffend. Aktuell arbeitet die Gruppe intensiv an der Verwirklichung eines Quantencomputers, wobei einzelne einfach ionisierte Atome als elementare Schalteinheit dienen: Die Bits der klassischen Informationsverarbeitung werden ersetzt durch Quantenbits.
Die Arbeitsgruppe Theoretische Quantenoptik untersucht theoretische Fragen der Quantenmechanik. Viele Arbeiten betreffen dabei das Phänomen der Verschränkung: Gemäß den Regeln der Quantenmechanik können zwei oder mehrere Teilchen in einem Zustand sein, bei dem sie nur als ein Gesamtsystem verstanden werden können.Dies kann zu paradoxen Effekten führen, die Albert Einstein einmal als „spukhafte Fernwirkung“ bezeichnete. Für die Forschung ergeben sich dadurch viele Fragen: Wie charakterisiert man Verschränkung theoretisch? Wie kann man sie in Experimenten nachweisen? Wofür kann man die Verschränkung nutzen? Bei der Bearbeitung dieser Themen wird zum einen mathematisch gearbeitet, zum anderen wird aber auch mit Experimentalphysikern diskutiert, um deren Experimente zu analysieren.
Das Labor für Nano-Optik umfasst experimentelle wie auch theoretische Forschungsaktivitäten. Die Arbeitsgruppe untersucht Licht und seine Wechselwirkung mit Materie im Nanobereich. Die Gruppe ist besonders daran interessiert, einzelne Quantensysteme zu untersuchen und Quantenphänomene zu erforschen, die im Sub-Wellenlängenbereich auftreten. Diese Erkenntnisse können zur Entwicklung von Gerätschaften wie etwa neuartigen Lichtquellen, Sensoren und funktionalen Materialien führen. Ein Beispiel für die Forschungsthemen ist die Untersuchung von neuartigen Quantensystemen, die durch Kopplung an optische Resonatoren hochkontrolliert einzelne Photonen emittieren.
Weitere Informationen zu deinem Studium
Details über die zu absolvierenden Vorlesungen, Praktika und Studienverlaufspläne finden sich im Modulhandbuch und in der Prüfungsordnung. Unser Prüfungsamt, die Studienberatung, das Department und die Fachschaft stehen bei Fragen immer zur Verfügung.
- Rahmenprüfungsordnung (RPO-B) für das Bachelorstudium an der Universität Siegen vom 01.08.2018
- Zweite Ordnung zur Änderung der Rahmenprüfungsordnung (RPO‐B) für das Bachelorstudium
an der Universität Siegen vom 24.06.2022 - Dritte Ordnung zur Änderung der Rahmenprüfungsordnung (RPO‐B) für das Bachelorstudium
an der Universität Siegen vom 25.07.2023 - Vierte Ordnung zur Änderung der Rahmenprüfungsordnung (RPO‐B) für das Bachelorstudium
an der Universität Siegen vom 12.06.2025
- Prüfungsordnung für den Bachelor-Studiengang Physik vom 17.01.2013 (gültig bis 31.03.2022)
- Handbuch der Modulelemente für den Bachelor-Studiengang Physik vom 18.09.2019 (gültig bis 31.03.2022)
- Prüfungsordnung für den Bachelor-Studiengang Physik vom 08.04.2010 (gültig bis 31.03.2017)
- Modulhandbuch für den Bachelor-Studiengang Physik vom 28.06.2012 (gültig bis 31.03.2017)
In Siegen kann sowohl im Wintersemester (WiSe) als auch im Sommersemester (SoSe) ein Bachelorstudium Physik aufgenommen werden. Eine Pflichtvorlesung umfasst üblicherweise 4 Stunden Vorlesung (dein Dozent doziert) und 2 Stunden Übungen (du musst nun selber rechnen), was mit 4V/2Ü abgekürzt wird. Für den erfolgreichen Studienabschluss musst du „Credit Points“ (CP) sammeln.
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1. Semester |
2. Semester |
3. Semeseter |
4. Semeseter |
5. Semester |
6. Semester |
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Exp.-Physik 1 |
Exp.-Physik 2 |
Exp.-Physik 3 |
Prüfung |
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Math. Ergänz. |
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Exp.-Physik 4 |
Exp.-Physik 5 |
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Th. Physik 1 |
Th. Physik 2 |
Th. Physik 3 |
Th. Physik 4 |
Prüfung |
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Analysis 1 |
Analysis 2 |
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Lineare Algebra |
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Grundpraktikum 1 |
Grundpraktikum 2 |
Proseminar |
Fort.-Praktikum |
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Bachlor-Arbeit |
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Wahlbereich |
Wahlbereich |
Wahlbereich |
Wahlbereich |
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(33 CP) |
(33 CP) |
(30 CP) |
(30 CP) |
(30 CP) |
(24 CP) |
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1. Semester |
2. Semester |
3. Semester |
4. Semester |
5. Semester |
6. Semeseter |
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Exp.-Physik 1 |
Exp.-Physik 2 |
Exp.-Physik 3 |
Prüfung |
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Math. Ergänz. |
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Exp.-Physik 4 |
Exp.-Physik 5 |
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Th. Physik 1 |
Th. Physik 2 |
Th. Physik 3 |
Th. Physik 4 |
Prüfung |
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Th. Physik 5 |
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Analysis 1 |
Analysis 2 |
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Lineare Algebra |
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Grundpraktikum 1 |
Grundpraktikum 2 |
Proseminar |
Fort.-Praktikum |
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Bachlor-Arbeit |
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Wahlbereich |
Wahlbereich |
Wahlbereich |
Wahlbereich |
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(33 CP) |
(33 CP) |
(30 CP) |
(30 CP) |
(27 CP) |
(27 CP) |
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