Аннотации к рабочим программам

Приложение

Институт	ИЕН
Направление	011200.68 Физика
Профиль/программа	011200.68 Теоретическая и математическая физика
Описание образовательной программы	Теоретическая физика — способ познания природы, в основе которого лежит моделирование, прежде всего математическое, природных явлений макро - и микромира. Кафедра теоретической физики УрГУ многие десятилетия служит базой подготовки уральской школы физиков-теоретиков, основанной академиком . Обучение по образовательной программе «Теоретическая и математическая физика» направлено на углубленную  общепрофессиональную и специализированную математическую подготовку, детальное изучение ряда актуальных направлений и методов современной теории конденсированного состояния, теории сверхпроводимости, магнетизма, других направлений теоретической физики. Обучение тесно связано с направлениями научной работы как преподавателей, так и магистрантов. Магистратура работает в тесном контакте с теоретическими лабораториями и группами институтов УрО РАН. Выпускники магистратуры кафедры, как правило, поступают в аспирантуру, успешно защищают диссертационные работы и с успехом работают в самых различных областях науки,  образования, наукоемкого  и высокотехнологического бизнеса.

№ пп	Индекс по УП	Наименования дисциплин	Аннотации к рабочим программам
М1	Общенаучный цикл
М1.Б	Базовая часть
1	М1.Б.1	Философские вопросы естествознания	Изучение дисциплины направлено на освоение магистрантами результата обучения: использовать в профессиональной деятельности знание современных философских проблем естествознания и основных методов научного исследования. В результате освоения дисциплины магистрант должен: знать: понимать и глубоко осмыслять философские концепции естествознания; место естественных наук в выработке научного мировоззрения; основные этапы развития отечественной и мировой философии науки; основные этапы истории науки; современные проблемы онтологии и гносеологии; уметь: профессионально оформлять и представлять результаты физических исследований; предлагать и аргументировано обосновывать способы решения исследовательских задач в области философии науки; формулировать новые цели и достигать новые результаты в соответствующей предметной области; владеть: основами методологии научного познания при изучении различных уровней организации материи, пространства и времени; применения основных методов научного исследования.
2	М1.Б.2	Специальный физический практикум	Цель дисциплины - приобретение навыков проведения научных исследований в рамках заданной тематики, анализ получаемой физической информации с использованием современной вычислительной техники и современных информационных технологий. Практикум учит выбору необходимых методов исследований и необходимой для этого аппаратуры, разработке новых методов исследований. Задача дисциплины также состоит в обсуждении на научных семинарах полученных результатов, написании и оформлении научных статей и докладов на конференциях.
М1.В	Вариативная часть
3	М1.В. ОД.1	Иностранный язык в сфере профессиональной коммуникации	Дисциплина «Иностранный язык в сфере профессиональной коммуникации» предполагает систематизацию и совершенствование знаний в области иностранного языка, достигнутых на предыдущей ступени образования, а также навыков и умений, необходимых для  эффективного делового общения на современном иностранном языке в устной и письменной формах в соответствии с уровнем В1 Общеевропейских компетенций владения иностранным языком, формирование компетенций, необходимых для выполнения конкретных видов научной и профессиональной деятельности в сферах и ситуациях общения, связанных с использованием иностранного языка. На всех этапах курса иностранного языка обращается внимание на обучение магистрантов методике самообразования, которая позволяет им овладеть приемами извлечения информации из текстов, знакомит со способами ее передачи в виде аннотаций, рефератов, устных докладов и сообщений.
4	М1.В. ОД.2	Компьютерные технологии в науке и образовании	В курсе изучаются стохастические  и динамические модели вещества и алгоритмы моделирования. Изучаются численные методы математического моделирования. Рассматривается введение в технологии параллельного программирования  MPI  и OpenMPI. Изучается управление пакетом молекулярно-динамического моделирования на многопроцессорных системах LAMMPS. Рассматриваются геометрические фазовые переходы и фракталы
	М1.В. ДВ	Дисциплины по выбору студентов
7	М1.В. ДВ.1	Дисциплина № 1
	М1.В. ДВ.1.1	Синергетика	В курсе рассматриваются основные законы функционирования открытых систем различной природы.. Изучается  современное моделирование нелинейных процессов. Анализируется переход к хаосу в системах различной природы. Приобретаемые студентом умения связаны со спецификой и алгоритмизацией нелинейных уравнений приводящих к хаосу с помощью ПК.
	М1.В. ДВ.1.2	Физика наноматериалов	Дисциплина связана с изучением новейших достижений физики. Базовые теоретические знания приобретаемые студентом нацелены на решение профессиональных задач таких, как исследование процесса взаимодействия  газ - твердое тело. Рассматривается классификация наноструктур и их особенности и области их применения.
8	М1.В. ДВ.2	Дисциплина № 2
	М1.В. ДВ.2.1	Высокопроизводительные вычисления	Курс посвящён вопросам устройства вычислительных систем и основам параллельных вычислений (многопроцессорные системы, многоядерные процессоры, процессоры с массовым параллелизмом). Рассматриваются вопросы организации подсистемы памяти (виртуальная память, NUMA, DMA), принцип работы динамической памяти, Flash-памяти.
	М1.В. ДВ.2.2	Приборы и техника физического эксперимента	Излагаются элементы теории измерений. Изучаются приборы и методика основных типов физических измерений. Подробно изучается современная цифровая измерительная техника и использование современных ИТ - технологий в эксперименте.
М2	Профессиональный цикл
М2.Б	Базовая (общепрофессиональная) часть
9	М2.Б.1	Современные проблемы физики	Курс нацелен на приобретение знаний и развитие способности студента свободному  владению профессиональными знаниями  для решения задач, возникающих в научно - исследовательской деятельности.  Курс позволяет студенту овладеть современной физической картиной мира и иметь представление о современных научных технологиях.  Анализируется связь современных проблем физики  и глобальных экологических проблем.
10	М2.Б.2	История и методология физики.	Изучаются основные этапы развития физической науки и связь  процесса развития физики с развитием техники и технологий, а также  других наук.  Рассматривается возникновение и совершенствование методологического подхода физики к изучению окружающего мира.  Изучается вклад отечественных ученых в развитие физики.
М2.В	Вариативная часть
14	М2.В. ОД.1	Теория сверхпроводимости	Физика сверхпроводимости является одним из наиболее современных разделов физики конденсированного состояния, который обогатил ее многими принципиальными представлениями о природе вещей и оказал сильное влияние на другие области физических знаний, как, например, ядерная физика или астрофизика. Традиционно  физика сверхпроводящих явлений всегда притягивала к себе внимание лучших теоретиков и экспериментаторов, и, может быть, поэтому ни в одном из разделов физики конденсированного состояния прогресс в развитии физического познания окружающего мира не был отмечен таким числом нобелевских премий, как в области физики сверхпроводимости. В настоящем курсе рассматриваются основные физические свойства сверхпроводящего состояния и приводятся объяснения некоторых из них в рамках простых теоретических моделей. Затем сверхпроводящие явления описываются в рамках феноменологической теории Гинзбурга-Ландау и микроскопической теории сверхпроводимости Бардина-Купера-Шриффера. Наконец, курс завершается изучением явлений слабой сверхпроводимости (эффекта Джозефсона ), которые на сегодняшний день лежат в основе наиболее впечатляющих приложений физики сверхпроводимости к техническим достижениям современной цивилизации.
15	М2.В. ОД.2	Электронные свойства сильнокорреллированных систем	В процессе обучения студенты осваивают современные численные методы расчета электронной структуры сильно коррелированных систем. Курс включает: Краткое введение в суть проблемы. Определение электрон-электронных корреляций, цели и задачи данных методов и их место в современной физике твердого тела. Основные модели для описания сильнокоррелированных систем: Модель Андерсона, Модель Хаббарда. Гамильтонианы моделей. Физические явления описываемые данныи моделями. Понятие приближения среднего поля. Приближение Хартри-Фока. Решение простейших реализаций моделей Андерсона и Хаббарда в приближении Хартри-Фока. Построение различных теорий возмущений для  моделей Андерсона и Хаббарда. Решение простейших реализаций моделей Андерсона и Хаббарда пертурбативными методами. Определение функции Грина. Взаимосоответствие различных определений функции Грина.  Функции Грина для моделей Андерсона и Хаббарда. Обзор методов решения моделей Андерсона и Хаббарда. Численные методы решения модели Андерсона (ED, QMC, NRG, NCA, IPT). Численные методы решения модели Хаббарда (DMFT).
16	М2.В. ОД.3	Квантовая теория поля	Квантовая теория поля является основой современного понимания природы элементарных частиц и их взаимодействий, т. е. базовых элементов структуры материи. В курсе излагаются основные разделы квантовой теории поля, включая диаграммную технику Фейнмана, метод функциональных интегралов, теория перенормировок и основные положения «стандартной модели». Дается понятие о современных моделях строения микромира.
17	М2.В. ОД.4	Физика неупорядоченных сред	Различные неупорядоченные системы являются как предметом фундаментальных исследований, так и находят самое широкое  практическое использование. Знание физики неупорядоченных сред сегодня стало необходимым элементом подготовки профессионального физика. В данном курсе рассматриваются общие свойства неупорядоченых систем, макроскопические характеристики неупорядоченых систем. Дана общая постановка задачи об определении материальных уравнений в неупорядоченных системах. Рассматриваются флуктуации характеристик неупорядоченных систем, методы теории функций Грина для неупорядоченных систем, динамический хаос, основные понятия синергетики, структура неупорядоченных твердых тел, элементарные возбуждения в неупорядоченных средах.
М2.В. ДВ	Дисциплины по выбору студентов
19	М2.В. ДВ.1	Дисциплина № 1
	М2.В. ДВ.1.1	Зонные методы расчета электронных состояний	В процессе обучения студенты осваивают один из наиболее популярных методов расчета электронной структуры. Курс включает: Краткое введение в суть проблемы. Определение зонных методов, цели и задачи данных методов и их место в современной физике твердого тела. Кристаллическая структура твердых тел (основные понятия). Решетки Бравэ и их классификация. Вектора трансляции. Элементарная ячейка. Примитивные структуры и структуры с базисом. Ячейки Вигнера-Зейца. Понятие симметрии в кристаллах. Точечные и пространственные группы симметрии, различная номенклатура. Обратная решетка (основные понятия). Зона Бриллюэна. Периодический потенциал. Теорема Блоха. Электрон в периодическом потенциале: уравнение Шредингера, зонная стрктура, поверхность Ферми, плотность электронных состояний, особенности Ван-Хова. Решеточное преобразование Фурье. Функции Блоха. Функции Ванье. Приближение почти свободных электронов. Плоские волны. Уравнение Шредингера. Метод сильной связи. Атомоподобный орбитальный базис. Уравнение Шредингера. Зонная структура. Двухцентровое приближение Костера-Слэтера. Симметрийный анализ. Теория функционала электронной плотности. Теорема Хоэнберга-Кона. Уравнение Кона-Шема. Вычисление обменно-корреляционного потенциала: приближения LDA, LSDA, GGA. Практические методы расчета электронной зонной структуры кристаллических твердых тел: ЛПВ, псевдопотенциальные методы, ЛМТО.
	М2.В. ДВ.1.2	Теория ферми-жидкостей	Дисциплина " ТЕОРИЯ ФЕРМИ-ЖИДКОСТИ" дает фундаментальную теоретическую основу для самостоятельной работы в области физики вырожденных систем сильно взаимодействующих фермиевских частиц. Она включает изложение принципов ферми-жидкостного описания систем нейтральных и заряженных частиц и конкретные приложения для описания свойств нейтральной ферми-жидкости гелия-3 и заряженной электронной жидкости металлов.  Рассматривается квантовый вариант ферми-жидкостного подхода, ферми-жидкостное описание ферромагнитных проводящих систем, электронная жикость в квантующем магнитном поле, спиновые и электромагнитные волны в ферми-жидкости.        Практические занятия предполагают освоение конкретных методов расчета физических свойст на основе ферми-жидкостного подхода для различных систем.         Курс естественным продолжением курсов «Теория твердого тела» и «Статистическая физика».
20	М2.В. ДВ.2	Дисциплина № 2
	М2.В. ДВ.2.1	Физические и математические модели нейронных сетей	Нейрокомпьютеры, как средство решения задач в самых различных сферах деятельности прочно вошли в современную жизнь. Ассоциативная обработка информации, распознавание образов, обработка изображений, решение задач оптимизации, моделирование социальных и экономических процессов -  вот неполный перечень направлений их использования. С другой стороны при математическом моделировании нейронных сетей и процессов распознавания образов успешно применяются модели, разработанные для решения задач статистической физики неупорядоченных сред.        В рамках курса рассматриваются основные модели нейронных сетей: персептроны (классический персептрон Розенблата и его современные многослойные аналоги, сети Кохонена, модель Хопфилда и ее расширения: машина Больцмана, сеть Хемминга и другие распространенные модели). Рассматриваются механизмы обучения нейронных сетей, такие как классический метод – обратного распространения ошибки, а также современные модели – генетические алгоритмы, симулированный отжиг, методы Монте-Карло. Подробно рассматриваются модели, лежащие в основе сети Хопфилда и ее более поздних расширений. На основе известной аналогии между сетью Хопфилда и моделью неупорядоченного изинговского ферромагнетика проводится анализ процессов обучения (на основе правила Хебба) и распознавания  образов в данной сети. Анализируется фазовая диаграмма и структура фазового пространства сети Хопфилда, а также ее расширений. В частности, рассматривается расширение модели Хлопфилда на мультинейонные взаимодействия. Анализируются возможные методы моделирования социальных и экономических процессов с помощью сетей Хопфилда и их аналогов. Рассматриваются возможные методы создания физических моделей нейронных сетей на основе неупорядоченных магнетиков – спиновых стекол.
	М2.В. ДВ.2.2	Симметрия и инвариантные решения	За последние годы в математической физике появилось и быстро развивается новое направление, которое представляет собой своеобразный синтез аналитических и алгебраических методов исследования решений дифференциальных уравнений. Эти методы существенно дополняют известные методы исследования классических линейных уравнений и, что более существенно, позволяют анализировать и нелинейные уравнения в рамках единого подхода. Принципиально новым аспектом при таком подходе является использование в полной мере теории непрерывных групп преобразований (группы Ли и алгебры Ли). В курсе излагаются главные идеи симметрийного анализа и рассматриваются примеры нахождения симметрий и инвариантных решений как основных линейных уравнений математической физики, так и нелинейных дифференциальных уравнений.
21	М2.В. ДВ.3	Дисциплина № 3
	М2.В. ДВ.3.1	Магнетизм низкоразмерных систем	Курс дает студентам основные сведения  о фундаментальных понятиях физики магнитных материалов с ограниченной пространственной и спиновой размерностью, с современными методами теоретических исследований низко - и наноразмерных материалов.  На примере изучения моделей, используемых в теории низкоразмерного магнетизма, студенты получают представление об особенностях физического поведения  низкоразмерных магнитных структур.  Задачей  курса  является  формирование твердых теоретических знаний и практических навыков при исследовании задач в данной области теории конденсированного состояния.
	М2.В. ДВ.3.2	Нелинейная и хаотическая динамика	Нелинейные и стохастические системы находятся на «острие» исследований в современной науке.  Такие понятия как хаос, бифуркации, катастрофы, фракталы, самоподобие, случайные блуждания и т. д. используются не только в физике, но и в биологии, химии, экономике, социологии и других областях человеческого знания. В курсе раскрывается смысл, содержание и математический способ описания  этих и многих других понятий, а также формируются навыки их использования при решении конкретных задач.

Зам. директора ИЕН