Master i Computational Physics

Transkript

1 Master i Computational Physics Info om mastergradsprosjekter Morten Hjorth-Jensen og Anders Malthe-Sørenssen, Onsdag 3 April / 15

2 Computational Physics Nyttig info 1. Kontaktpersoner: Morten Hjorth-Jensen, (FYS3150, Fys4411 og FYS-KJM4480) og Anders Malthe-Sørenssen, (FYS2160, FYS-MEK1100 og FYS4460). 2. Per tiden 18 Masterstudenter samt 2 bachelorstudenter, 6 doktorgradsstudenter og 2 postdocs, holder til i tredje etasje, vest-fløy, Fysisk inst. 3. Mange eksterne samarbeidspartnere, NTNU, UMB@Aas, USA, Canada, Japan, Frankrike, Italia, Spania og Tyskland 4. I tida juni 2003 mars 2013 har vi utdanna 45 Masterstudenter og 12 PhD studenter 5. Bachelorprogram: FAM, MENA, MIT og ELDAT 6. Webadresse for mer info 2 / 15

3 Og vi fikk gamle Titan fra USIT... 3 / 15

4 Computational Physics Aktiviteten er kopla opp mot CMA og PGP PGP: senteret Physics of Geological Processes (PGP). Senteret er dannet i skjæringspunktet mellom fysikk og geologi, og etablerer et nytt fagområde, geologiske prosessers fysikk. CMA: Center of Mathematics for Applications: her deltar folk fra fysisk institutt og institutt for teoretisk astrofysikk. Temaer er numerisk kvantemekanikk med vekt på studier av systemer med mange vekselvirkende partikler og numerisk astrofysikk med hovedvekt på kosmologi og solfysikk. Masterprogram fra både Astrofysikk, Fysikk, Informatikk og matematikk. Relevante bachelor og master program er FAM, MENA, ELDAT, MIT og MAØK. 4 / 15

5 Computational Physics Andre sentra ved det Matematisk-naturfaglige fakultetet Men vi jobber også tett opp mot Senter for biomedisinske beregninger CBC (bachelor og master FAM, MENA, ElDAT, MAØK, Informatikk og MIT), Beregningsorientert og teoretisk kvantekjemi CTCC (Bachelor og master FAM, MENA og Kjemi) SMN, Senter for materialvitenskap og nanoteknologi (Clas Persson og Ole Martin Løvvik) 5 / 15

6 Computational Physics Jobbmuligheter Mange! Stort behov for kandidater som kjenner til fysikk og matematikk og kan naturvitenskapelig modellering. Mange har fortsatt med PhD (21 av 38). De som avslutta studiene fra juni 2008 Mars 2013 (28 Master og 9 PhD) jobber ved Analyse avdeling i Norges Bank (etter PhD) Drgradsstudenter: en ved CERN, tre ved NTNU, tre ved PGP, to ved CMA, to ved CTCC ved UiO og en i England Fire jobber som lærere i videregående skole (tre gjennom Teach First Norway, se En er ansatt som forsker ved NILU og tre ved Forsvarets forskningsinstitutt Ni jobber som forskere og utviklere i privat sektor. To er førsteamanuenser ved Høgskolen i Oslo (etter PhD). Se også prepare-to-fill-one-of-1-5m-data-savvy-manager-jobs/ 6 / 15

7 Computational Physics Beregningsorientert teoretisk fysikk Vitenskapelige oppdagelser vha. datamaskin-simuleringer som laboratorium Sentral komponent i industriell innovasjon og industriell og naturvitenskapelig forskning Spesielt sentralt tema for fire sentra for fremragende forskning ved UiO, Simula Research Lab og flere institutter ved det Matematisk naturvitenskapelige fakultet. Grunnide: jevn blanding av matematikk, numeriske beregninger, databehandling og fysiske fag. Problem fra statistisk fysikk og kvantemekaniske systemer. Oppgavene kan spenne fra reine teoretiske studier til utvikling og testing av algoritmer for studier av ulike fysiske system. 7 / 15

8 Computational Physics Våre forskningstema: Multiskala fysikk, fra mikro til makro Fundamentalt å kunne studere mikroskopiske system på mikronivå enten det dreier seg om atomkjerner eller atomer 10 9 m. Dette kan vi gjøre rimelig eksakt opp til ca partikler. Utover det blir det for mange frihetsgrader. Slike studier brukes dermed til å parametrisere og korrekt bestemme input til midlere felt metoder som tetthetsfunksjonal teori (density functional theory). Kan brukes for å beskrive fra partikler til flere 1000 vekselvirkende partikler. Som igjen kan brukes til å bestemme mer fenomenologiske vekselvirkninger som inngår i makroskopiske beskrivelser av systemer ved feks endelig trykk og temperatur (Molekylærdynamiske studier). Tett samarbeid teori og eksperiment 8 / 15

9 Computational Physics Eksempel på Multiskala fysikk prosjekter Nano- til makroskala prosesser ved mineralreaksjoner i bergarter: hvordan olje kommer ut av stein, og hvordan vi får CO 2 inn igjen! Fra 10 9 m til nesten meternivå simuleringer. Nano-skala kontakt og friksjon. Vi forsøker å forstå kontrollere, og designe systemer med ønskede friksjonsegenskaper ved å studere friksjon fra enkeltkontakter mellom atomer og nano-skala overflater og opp til friksjonsegenskapene i jordskjelvssoner. Fra Kjerne til Stjerne, fra m til kilometernivå hvordan forstå den mikroskopiske strukturen i kjerner og bruke det til å forstå hvordan ei nøytronstjerner kjøles ned. Fra kvanteprikker (elektroner i to-dimensjoner) til solceller, fra 10 8 til 10 6 m. Hvordan bruke mikroskopiske rekninger til å forbedre effektiviteten til solceller. 9 / 15

10 Multiskala systemer i livsvitenskap 10 / 15

11 Multiskala systemer i materialvitenskap 11 / 15

12 Nano- til makroskala prosesser ved mineralreaksjoner i bergarter Permanent storage of CO 2 (as rocks) Nano-scale fluid flow: Flow in narrow fractures, reaction dynamics. Large-scale fluid flow: Fluid flow near surface, coupling to deformation Large-scale reactions: Coupling between flow, reaction, and deformation. Micro-scale fluid flow: Fluid flow near surface, coupling to fracturing, surface tension effects. Micro-scale reactions: Thermodynamic formulation for reaction-diffusion-deformation problem. Micro-scale deformations: What are the main failure mechanisms from micro- to macro-scales? Nano-scale reactions: How do volume expanding reactions occur on the atomic scale? Nano-scale mechanics: What determines material failure mechanisms on the atomic scale? 12 / 15

13 Fra Kjerne til Stjerne 13 / 15

14 Elementsyntese Kjernefysikk og universets utvikling Kjernefysiske reaksjoner er blant de viktigste i universet Ansvarlige for mesteparten av materien vi kan se i universet Big bang: ingen element tyngre enn litium Dannelse av stjerner: fusjon av lette ioner kan lage element opp til jern Hvordan blei elementene fra jern til uran til? et av de elleve vitenskapelige spørsmåla for det nye århundre [Connecting Quarks with the Cosmos, Board on Physics and Astronomy, National Academies Press, 2003] 12 C og dannelse av elementene 12 C resonanser oppdaga i nye eksperiment sentralt for å forstå CNO syklusen 14 / 15

15 Hvor vi står Local initiative at UiO Nuclear Phys Medical applications Computers in Science education Materials nanotech Quant Chem cond matter Biological systems METHODS: ab initio DFT QMD/MD Continuum Time dependence, structure, reactions Statistical mechanics... Num Math algorithms HPC, GPU multicore processes++ 15 / 15