Click HERE to get an overview of the thesis subjects in Nuclear Physics, Neutrino Physics, Nuclear Astrophysics
Click HERE to get an overview of the thesis subjects in Statistical Physics, Computational Physics, Interdisciplinary Physics
Om tot een meer bevredigende theorie te komen probeert men zoveel mogelijk experimentele informatie over kernen en zijn bewoners te bekomen. Om subatomaire materie in "beeld" te brengen kan men kernen en protonen beschieten met fotonen en leptonen met een zeer kleine golflengte. Dit gebeurt typisch aan onderzoeksinstituten die een grote elektronenversneller operationeel hebben. Aan dergelijke faciliteiten onderwerpt men protonen en kernen aan de elektrozwakke wisselwerking. Uit de manier waarop nucleonen en kernen daarop reageren kan men zich door een combinatie van theoretische modellering en experimentele waarnemingen een beeld vormen van wat er gebeurt op subatomair niveau.
Het theoretisch onderzoek in de Kernfysica van de Vakgroep Fysica en Sterrenkunde leunt ondermeer sterk aan bij de experimentele onderzoeksactiviteiten aan de elektronenversnellers van de Thomas Jefferson National Accelerator Facility (TJNAF, Newport News, USA) en de MAMI-faciliteit aan de Universiteit van Mainz. De TJNAF faciliteit is een elektronenversneller met zeer intense bundels en een maximale elektronenergie van 12 GeV. Deze grootschalige faciliteit is uniek in de wereld. Haar voornaamste wetenschappelijke opdracht is het verzamelen van de nodige experimentele gegevens omtrent het gedrag van nucleonen en kernen in het zogenaamde "confinement" regime van kwantumchromodynamica (QCD). Een belangrijk element van ons theoretisch onderzoek is de interacties van neutrino's met kernen. Ook op dit gebied zijn er nieuwe krachtige experimentele faciliteiten (zoals de MINERvA faciliteit aan Fermilab) die grote verwachtingen scheppen naar de kwaliteit en kwantiteit van de hoeveelheid meetgegevens. Deze nieuwe experimentele realiteiten vragen om aangepaste theoretische modellering.
Om de wetenschappelijke opdracht van bijvoorbeeld de TJNAF faciliteit (waarvan hiernaast een luchtfoto) succesvol te maken, is het essentieel dat de experimentele activiteiten ondersteund worden door parallel theoretisch onderzoek. Onze onderzoeksgroep heeft een jarenlange ervaring in de beschrijving en modellering van reacties waarbij kernen en nucleonen onder invloed van de elektromagnetische wisselwerking worden gebracht. Dit onderzoekswerk omvat ondermeer systematische studies met het oog op het uitdenken van nieuwe en meer efficiënte types van experimenten, theoretische bijstand aan groepen die voorstellen voor nieuwe experimenten uitwerken en finaal, concrete berekeningen die de interpretatie en analyse van de meetgegevens ondersteunen.
Afstudeerwerken in de Theoretische Kernfysica sluiten direct aan bij de onderzoeksonderwerpen die momenteel onze aandacht verdienen. Deze worden hierna kort besproken. Een weerslag van onze onderzoeksactiviteiten vind je ook in onze publicaties in de wetenschappelijke literatuur. Theoretische Kernfysica is een interdisciplinaire tak van de fysica waarbij technieken uit (kwantum)veldentheorie, relativistische kwantummechanica, veeldeeltjestheorie en computationele fysica worden aangewend. Er worden mogelijkheden tot eindwerken aangeboden die eerder formeel theoretisch, eerder computationeel of een mengsel van deze twee zijn. Ook alle suggesties van de student zijn welkom.
Kijk ook eens hier voor enkele voorbeelden van eindwerken die in het verleden in onze groep tot stand gekomen zijn.
De studie van systemen met heel veel vrijheidsgraden vormt een theoretische uitdaging. Ludwig Boltzmann, één van de grondleggers van de statistische fysica, kwam tot het inzicht dat dergelijke systemen op statistische wijze bestudeerd kunnen worden. Een dergelijke benadering levert niet alleen een uiterst krachtig formalisme, het leert bovendien dat fysische fenomenen zoals faseovergangen doorgaans evenveel te maken hebben met de statistische eigenschappen van het systeem als met de details van de microscopische structuur van de interacties.
In de groep worden momenteel twee soorten complexe systemen bestudeerd met behulp van technieken uit de statistische fysica: veeldeeltjessytemen en socio-economische systemen. Men noemt een systeem complex wanneer het kan beschreven worden met behulp van variabelen die sterk afhankelijk zijn van elkaar. Met andere woorden: complexe systemen zijn systemen die bestaan uit sterk interagerende entiteiten. Complexe systemen vertonen dikwijls emergent gedrag: het systeem gaat aan bepaalde wetmatigheden voldoen die niet direct gecodeerd zijn in de interactie tussen de verschillende entiteiten. De studie van complexe systemen is een relatief nieuw vakgebied in de fysica en heeft recent zijn weg gevonden naar biologie, sociologie, computerwetenschappen en economie. De belangrijkste vorm van informatie omtrent complexe systemen komt van computersimulaties. Hierbij wordt de theoretische basis gelegd met behulp van kennis opgebouwd rond de dynamica van stochastische systemen en de studie van kritische fenomenen (of tweede-orde faseovergangen) binnen de context van statistische fysica.
Een eindwerk in de statistische fysica omvat dikwijls een voorstudie van een fysisch probleem (literatuurstudie), het uitwerken van een gemiddeld-veld benadering voor dit systeem, en/of de verbetering van deze benadering met behulp van een meer exacte methode (bijvoorbeeld: Markov-Chain Monte-Carlo (MCMC), moleculaire dynamica, machine learning, en renormalizatie-groep methodes).