Für die moderne Teilchenphysik müssen drei große Ideen der Physik zusammengeführt werden: die klassische Feldtheorie zur Beschreibung elektromagnetischer Felder, die Quantenmechanik zur Erklärung der Eigenschaften von Atomen und Teilchen sowie die spezielle Relativitätstheorie, die Raum und Zeit zur Raumzeit vereint. Die mathematische Theorie dieser Verbindung heißt Quantenfeldtheorie und ermöglicht die Beschreibung von Elementarteilchen sowie deren Wechselwirkungen als Quantenfelder.

Der Kurs gibt eine Einführung in die der Quantenfeldtheorie zugrunde liegenden mathematischen Konzepte. Die Formulierung der klassischen Mechanik nach Lagrange ist die Blaupause für alle modernen physikalischen Theorien. Im darauf aufbauenden Noether-Theorem wird der Zusammenhang zwischen Symmetrien der Natur und Erhaltungsgrößen hergestellt. Die spezielle Relativitätstheorie untersucht die Symmetrien der Raumzeit. Die Elektrodynamik beschreibt Licht als Wellen und deren Wechselwirkung mit geladenen Teilchen. Die Quantenmechanik hingegen offenbart, dass Licht auch Teilcheneigenschaften und Teilchen auch Welleneigenschaften haben können. Dieser scheinbare Widerspruch wird durch die Beschreibung von sowohl Licht als auch Teilchen durch Quantenfelder aufgelöst.

Im Kurs erarbeiten sich die Teilnehmenden die einzelnen mathematischen und physikalischen Konzepte als Bausteine in Kleingruppen, um sie dann gemeinsam zusammenzusetzen und sich damit eine Vorstellung von der Theorie zu machen, die dem erfolgreichen Standardmodell der Teilchenphysik zugrunde liegt.

Grundkenntnisse der Differential- und Integralrechnung sind unabdingbar. Die Bereitschaft, ein Vorbereitungsskript durchzuarbeiten, wird erwartet.