NOTE: this entire document is new – tracked changes were not  used    PHYS 

NOTE: this entire document is new – tracked changes were not  used    PHYS 

 

NOTE: this entire document is new – tracked changes were not  used 

PHYS 

PHYSICS 

 

Students should note that in the Science Faculty the minimum acceptable grade in a course which  is required by a particular program or is used to meet a prerequisite, is a "C". Any student who fails  to attain a "C" or better in such a course must repeat the course (at the next regular session) until  a grade of "C" or better is attained. Students will not be eligible for graduation until such  deficiencies are removed.  The only exception will be granted for a single course with a “D” grade  that is a normal part of the final year of that program, and is being taken for the first time in the  final year 

Note: See  Courses ‐> Saint John or Fredericton ‐> Standard Course Abbreviations  in the online  undergraduate calendar for an explanation of abbreviations, course numbers and coding. 

Not all courses are offered every year. Consult with the Department concerning availability of  courses from year to year.  

PHYS 1061, PHYS 1062, PHYS 1091, PHYS 1092 are prerequisites for second year physics courses.  

PHYS 1071 may count in place of PHYS 1061 and PHYS 1072 in place of PHYS 1062. Note that credit  can only be obtained for one of PHYS 1061, PHYS 1071 or PHYS 1081. However, students wishing to  transfer from engineering may count PHYS 1081 in place of PHYS 1061, PHYS 1091. In the same  vein, EE 1813 may substitute for PHYS 1062, PHYS 1092. 

Courses with a 5 for the first digit are advanced courses, which may be taken only with the  permission of the instructor. 

PHYS 1061  Introductory Physics ‐ I (Physical Science Interest) 

3 ch (3C 1T)

This course is an introduction to the branch of physics called mechanics. Mechanics is the study  both of how objects move and why they move the way they do. Describing the motion of  objects requires understanding the basic kinematics quantities position, displacement, velocity  and acceleration, as well as the connection between them. Understanding the causes of  motion can be achieved by considering the forces acting on the object and/or by focussing on  the conserved properties of the system (momentum, energy, angular momentum). Mechanics  applies to a wide range of phenomena, essentially to anything that moves, but this course will 

highlight ties to and applications in the physical sciences.  Co‐requisites: MATH 1003 or 1053. 

NOTES: Credit can be obtained in only one of PHYS 1061, 1071 or 1081. 

  

 

PHYS 1062  Introductory Physics ‐ II (Physical Science Interest)  3 ch (3C 1T)

This course introduces the students to wave phenomena and to electricity and magnetism. 

Throughout, the concepts related to motion learned in the previous course are used to  describe and explain new phenomena. The study of waves introduces the student to  propagating, periodic disturbances. In addition to their importance in mechanical phenomena 

(e.g. seismic waves), waves form the basis of both optics and acoustics. The study of electricity  and magnetism introduces the student to the concept of charge and to the effects of charges  on their surroundings (fields and forces). This course will highlight ties to and applications in  the physical sciences. Prerequisites:  PHYS 1061, 1071 or 1081, MATH 1003 or 1053. It is  recommended that students intending to take Physics courses beyond Introductory Physics  should take MATH 1013 or 1063 as a co‐requisite to this course. NOTES: Credit can be obtained  in only one of PHYS 1062 or 1072. 

PHYS 1071 

Introductory Physics ‐ I (Health & Life Science 

Interest) 

3 ch (3C 1T)

This course is an introduction to the branch of physics called mechanics. Mechanics is the study  both  of  how  objects  move  and  why  they  move  the  way  they  do.  Describing  the  motion  of  objects requires understanding the basic kinematics quantities position, displacement, velocity  and  acceleration,  as  well  as  the  connection  between  them.  Understanding  the  causes  of  motion can be achieved by considering the forces acting on the object and/or by focussing on  the conserved properties of the system (momentum, energy, angular momentum). Mechanics  applies to a wide range of phenomena, essentially to anything that moves, but this course will  highlight  ties  to  and  applications  in  the  health  and  life  sciences.  Co‐requisite:  MATH  1003  or 

1053NOTES: Credit can be obtained in only one of PHYS 1061, 1071 or 1081. 

PHYS 1072  Introductory Physics ‐ II (Health & Life Science Interest)  3 ch (3C 1T)

This course introduces the students to wave phenomena and to electricity and magnetism. 

Throughout, the concepts related to motion learned in the previous course are used to  describe and explain new phenomena. The study of waves introduces the student to  propagating, periodic disturbances. In addition to their importance in mechanical phenomena 

(e.g.\ seismic waves), waves form the basis of both optics and acoustics. The study of electricity  and magnetism introduces the student to the concept of charge and to the effects of charges  on their surroundings (fields and forces). This course will highlight ties to and applications in  the health and life sciences. Prerequisites:  PHYS 1061 or PHYS 1071, MATH 1003 or 1503. It is  recommended that students intending to take Physics courses beyond Introductory Physics 

  should take MATH 1013 or 1063 as a co‐requisite to this course. NOTES: Credit can be obtained  in only one of PHYS 1062 or 1072. 

PHYS 1081  Foundations of Physics for Engineers 

5 ch (3C 3L)

An introduction to the fundamentals of mechanics. Vector analysis and its application to the  analysis of the motion of particles and rigid bodies. Newton's three laws of motion. The  kinematics and dynamics of particle motion along straight and curved paths. Work, energy,  impulse and momentum of particles and rigid bodies. An introduction to the rotation of a rigid  body about a fixed axis, moments of inertia, angular momentum. Simple Harmonic Motion. Co‐ requisites: (MATH 1003 or MATH 1053), (MATH 1503, or MATH 2213, or equivalent). NOTES: 

Credit can be obtained in only one of PHYS 1061, 1071 or 1081. 

PHYS 1091  Experiments in Introductory Physics – I  2 ch (3L) [W]

This course provides the student hands‐on experience with concepts covered in PHYS 1061 or 

1071. Co‐requisite: PHYS 1061 or 1071. 

PHYS 1092 

Experiments in Introductory Physics ‐ II  2 ch (3L) [W]

This course provides the student hands‐on experience with concepts covered in PHYS 1062 or 

1072. Prerequisite: PHYS 1091. Co‐requisite: PHYS 1062 or 1072. 

PHYS 2311  Mechanics I 

4 ch (3C 1T)

Role within programme and connections to other courses. This course is an important — and  big! — first step away from the tremendously simplified problems that we have dealt with both  in introductory university physics and in high school. We introduce the integration of greater  mathematical sophistication in the treatment of physical situations, showing that comfort with  a variety of mathematical techniques will allow us to study a greater range of — and more  interesting — problems.  Furthermore, this course serves to show that familiarity with the  powerful Newtonian toolchest, which we have been using since high school, allows us to  approach complicated, realistic situations with confidence. The inclusion of special relativity  challenges us to think beyond the familiar.  

Content. Special relativity (including elements related to the development of the theory),  advanced Newtonian kinematics and dynamics (translational and rotational), conservation  principles, oscillatory motion, mechanics in non‐inertial reference frames. Prerequisites: MATH 

1003 or 1053 and 1013 or 1063 plus  PHYS 1061, 1062, 1091, 1092 or equivalent. Co‐requisite: 

MATH 2003 or equivalent. 

PHYS 2312  Mechanics II 

3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses. This course introduces an entirely  new approach to mechanics, one that is more elegant and more powerful but less intuitive  than the Newtonian approach to which we have been exposed thus far. This is the last  compulsory mechanics course and, therefore, includes the classical mechanics background for  the quantum mechanics stream.  Some computational exercises are included (e.g. the use of 

numerical differential equation solvers). 

Content. Calculus of variations, Lagrangian mechanics, two‐body, central force problems 

(orbital motion), rotational motion of rigid bodies, coupled oscillators and normal modes, an  introduction to Hamiltonian mechanics. Prerequisites: PHYS 2311, MATH 2003 or equivalent. 

 

 

Co‐requisite: MATH 2013 or equivalent. 

PHYS 2327  Circuits & Elementary Electronics 

3 ch (3L) 

Role within programme and connections to other courses. Understanding circuits and basic  electronics is essential for any physicist who will develop or simply use measuring devices. This  course moves beyond the simple DC circuits involving resistors and capacitors seen in  introductory physics. It introduces the basic elements of the many electronic devices which we  use every day, then shows how to combine these elements when designing simple circuits. This  topic is particularly well‐suited to hands‐on learning. The course is experiential in design with  more time devoted to manipulations than to lecture. Through the experimental work involved  in learning about basic electronics, we are introduced to and become comfortable with  essential measurement apparati (multimeters, oscilloscopes, etc). The understanding of basic  electronics and measuring devices gained from this course will serve to enhance all future  laboratory work: the equipment will not distract us from the physical phenomena which we are  studying and we will understand how to best use the equipment and appreciate its limitations. 

This course also introduces some computational techniques for circuit analysis e.g. in the  solution of simultaneous linear equations.  

Content. AC circuits, operational amplifiers, diodes, transistors, etc. Prerequisites: PHYS 1061, 

1062, 1091, 1092 or equivalent. Co‐requisite: MATH 2013 or equivalent. 

PHYS 2331  Research Skills 

3 ch (3C) [W]

Role within programme and connections to other courses. This course helps us to acquire skills  needed to do research. These include two different aspects: (1) how to deal with experimental  limitations (2) how to read and write scientific documents. The skills acquired in this course are  subsequently applied in other courses. In all future experimental work, we will treat  experimental limitations properly and fully. In all future courses involving reports, written work  will meet or exceed the standards established in the Research Skills course. The title of this   course emphasises the fact that the programme does more than fill us with physics facts. This  is also an opportunity to review other skills, which are developed by the programme (problem  solving strategies, approximation, presentation skills, index/abstract searching, etc.). All of  these skills are generally applicable in physics & beyond. 

Content. Uncertainty analysis, Data processing and analysis, Reading and understanding  technical literature, Technical writing. Prerequisites: PHYS 1061, 1062, 1091, 1092 or  equivalent. Co‐requisite: MATH 2003 or equivalent. 

PHYS 2341  Thermal Physics 

3 ch (3C)

This course includes some experimental work that supports the lecture material.  

Role within programme and connections to other courses. This course furnishes us with 

classical thermodynamics and a little about properties of materials. We have heard that 

“energy is conserved” and even have an appreciation of how important this principle is, but in  first year mechanics energy is often apparently “lost” when friction does work. Here, at last ,  we introduce a complete formulation for energy conservation, comparing the work defined in  first year with heat as a means of energy transfer. We discuss transformations of energy in a  variety of processes, then go on to explain that not all of the energy is available for doing  mechanical work. The theoretical framework of classical thermodynamics is beautifully self‐ contained, but this course also emphasises the link between the microscopic world of the  kinetic theory (drawing on Newtonian mechanics as it does so) and the macroscopic world of  the everyday, in preparation for the statistical thermodynamics to follow.  

Content. Gases (ideal and real) and pressure, phases and phase diagrams, the state of a system,  what is energy? heat and work, first, second and third laws of thermodynamics, entropy,  enthalpy and free energies, heat engines, refrigerators, heat pumps and efficiency, phase  transitions, introductory kinetic theory. Prerequisites: PHYS 1061, 1062, 1091, 1092 or  equivalent. Co‐requisite: MATH 2003 or equivalent. 

PHYS 2351  Quantum Physics 

3 ch (3C) 

This course includes some experimental work that supports the lecture material.  

Role within programme and connections to other courses. This course lays the necessary  foundations for thinking about phenomena on very small spatial scales. This course calls on  many concepts learned in introductory physics: position, momentum, energy, angular  momentum, vibrations, waves. It casts many of them in a new light, at times requiring  modification of the classical definition of these quantities. Quantum Physics serves as the  foundation for the more in–depth learning of the tools of quantum mechanics presented in the 

Quantum Mechanics trio of courses and the courses which follow from these. In addition, 

Quantum Physics is essential background for the study of astrophysics and atmospheric  physics.  

Contents. Particle properties of waves: blackbody radiation, photoelectric effect, Compton  effect; wave properties of particles: de Broglie waves, Davisson‐Germer experiment, the  uncertainty principle; old atomic theory: atomic spectra, Rutherford’s model, Bohr’s model,  spontaneous and stimulated transitions, lasers; quantum mechanics: the Schrodinger equation,  mathematical tools; quantum mechanical examples: square wells and barriers, quantum  tunnelling and its applications; quantum theory of atoms. Prerequisites: PHYS 1061, 1062, 

1091, 1092 or equivalent. Co‐requisite: MATH 2003 or equivalent. 

PHYS 2372  Waves 

3 ch (3C)

This course includes some experimental work that supports the lecture material.  

Role within programme and connections to other courses. Oscillations and waves are key  elements to understanding many subfields and applications of physics. Acoustics, optics and  electromagnetism (telecommunications) are obvious examples, but waves are also essential to  understanding quantum mechanics (the Schrödinger formalism), some atmospheric  phenomena, seismic phenomena and fluid mechanics.  

Content. Waves, applications to optics and acoustics. Prerequisites: PHYS 2311, MATH 2003 or 

equivalent. Co‐requisite: MATH 2013 or equivalent. 

PHYS 2703  Physics Outreach & Education (O) 

3 ch (3C) [W]

Role within programme and connections to other courses. This course is meant to help us  develop the skills needed to communicate with non‐ specialists concerning physics. Given that  most physics research is ultimately paid for by the public, it behooves physicists to  communicate effectively with those who are funding their work, for the benefit of both parties. 

The goal of such communication is two‐fold: (1) to insure that the general public is physics  literate and therefore able to enter into a discourse about the science, and (2) to insure that  the next generation of university students is exposed to physics in such a way that they can  make an informed choice about whether or not their academic and career paths should include  physics.  

Content. Science journalism, science museums and exhibits, outreach to schools and other  groups. Prerequisites: PHYS 1061, 1062, 1091, 1092 or equivalent. 

PHYS 2803  Physics and Society (O) 

3 ch (3C) [W]

Role within programme and connections to other courses. This course aims to investigate the  two way interaction between society and physics (although the society of physics itself will also  be discussed). The ideas of physics have percolated into the collective consciousness both as  scientific knowledge and as cultural reference points and various new technologies can be  identified as originating in physics research. However, physics also has to deal with how it is  perceived as a discipline and how physicists are perceived as trustworthy authorities. This  course allows students to see how physics operates in a wider context than the university  environment. Open to students in all faculties. No mathematics beyond basic high school  algebra and geometry is needed. 

Content. Introduction to the philosophy of science and the scientific method, introduction to  the major scientific ideas that have shaped our society and the world. We will emphasize the  human element of scientific discovery, with energy and the environment providing an  underlying theme.  

PHYS 2902  Environmental Physics (O) 

3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses. With the population of the planet  increasing and the natural resources decreasing, it is more important than ever to understand  the manner in which those resources can and are being used as well as the environmental  impacts of those uses. In addition, part of understanding those impacts is understanding how  measurements of impacts are made. By focussing on applications of physics to environmental  matters, this course contributes to the synthesis of concepts and models learned in other  courses.  

Content. The main focus of the course is on matters related to energy, its production,  extraction, distribution and use. Topics include hydroelectricity, solar power, nuclear power,  fossil fuels, etc. Prerequisite: PHYS 1061, 1071 or 1081. 

PHYS 3322  Electromagnetism I 

3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses. This course will be our first major  foray into the formalism of electromagnetic theory. A thorough examination of the nature of  vector fields and the forces they cause, and scalar fields along with their relationship to energy,  will form a connection to earlier discussions started in Mechanics I. The tools studied  previously in Intermediate Calculus (vector operations and calculus) and Methods of 

Theoretical Physics (particularly special functions like Legendre polynomials and spherical  harmonics, delta functions, and tensor analysis) will play a significant role here.  

Content. Interactions between point charges, the nature and calculation of the electric and  magnetic fields, the distribution of electric and magnetic fields in space (flux, Gauss’ law, 

Ampère’s law), reactions of charges and dipoles to applied fields, electrostatic scalar potential  and magnetic vector potential, elementary gauge theory, energy storage in static electric and  magnetic fields, elementary treatment of fields in materials, fields across boundaries, time  dependence of electromagnetic fields, displacement current, the final form of Maxwell’s  equations, electromagnetic waves. Prerequisites: PHYS 2311, 3331, MATH 2013 or equivalent. 

PHYS 3331  Methods of Theoretical Physics. 

4 ch (3C 1T*)

Role within programme and connections to other courses. In the course of an undergraduate  physics programme we employ a variety of theoretical techniques. This course exposes us to  theoretical ideas that are widely applicable in electromagnetism, quantum mechanics, classical  mechanics and relativity. Special emphasis will be placed on demonstrating the general nature  of the topics considered.  

Content. Non‐orthogonal, non‐normalised bases, tensors, special functions (general solutions  to second order differential equations) and expansions in special functions Integral transforms 

(Fourier, z‐transform, Laplace transform).  Prerequisite: MATH 2213 or equivalent. 

PHYS 3332  Computational Physics 

3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses.  

This is a capstone course to demonstrate the use of numerical and simulation techniques in a  range of situations taken from across the programme. For instance, numerical solutions to  differential equations might be used to look at some examples of chaotic behaviour or Monte‐

Carlo simulations might be used to look at percolative mass transport problems. Computational  techniques have great importance in the modern physical sciences to the extent that some  have described it as of equal importance to experimental and theoretical physics (although  computational physics may also be considered to have elements of both theoretical and  experimental physics, of course). The skills acquired in this course can subsequently be applied  in other advanced courses, in particular the Advanced Research Project.  

Content. Numerical techniques, modelling techniques. Prerequisites: CS 1073 or equivalent,  approved second year physics. 

PHYS 3336  Experimental Physics I  3 ch (3L)

Role within programme and connections to other courses. Various courses contain experiments  that are directly related to the material addressed in the lectures, however, in the interest of  promoting an understanding of connectivities (avoiding compartmentalisation) and refining  research skills, this synthesis course will contain a variety of experiments, many of which 

integrate concepts learned in diverse courses.  

Content. The experiments include topics in mechanics, electromagnetism , quantum physics, 

 

thermal physics and optics. Prerequisite: PHYS 2331. 

PHYS 3338  Independent Study   3 ch (3R) 

Role within programme and connections to other courses. Every physics honours student will  be required to complete one independent study course, to allow the development of critical  reading and thinking skills. This course shall be taken no sooner than the beginning of his/her  third year and no later than the penultimate term of his/her degree (i.e. the student must  know a sufficient amount of physics to allow for a challenging independent study course, and  the student should complete this course before working on his/her Advanced Research Project  so that the skills developed during the independent study course are of use during the thesis  project).  

Content. The student will choose among the list of topics for which supervision has been  offered or can choose some other topic of interest if s/he can convince a faculty member to 

  supervise the course. Prerequisites: approved second year physics. 

PHYS 3342  Statistical Physics  3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses. This course builds from the bottom  up (molecules → continuous phases) what Thermal Physics describes from the top down 

(macroscopic properties → kinetic theory). We reinforce the idea (from Quantum Physics and 

Quantum Mechanics I) that our macroscopic observations can be based on underlying  probabilities, rather than strict determinism.  

Content. The ensemble basis for basic statistics, equilibrium between interacting systems, the 

Laws of Thermodynamics (from a microscopic standpoint) , classical and quantum statistical  distributions, applications of Maxwell‐Boltzmann statistics, kinetic theory of gases revisited,  applications of quantum statistics. Prerequisite: PHYS 2341. 

PHYS 3351  Quantum Mechanics I 

4 ch (3C 1T*)

Role within programme and connections to other courses. The need for and qualities of  quantum mechanics have been clearly established in Quantum Physics. This course begins to  put quantum mechanics on a formal footing. The approach in QM I is expected to include both  wave and matrix techniques. 

Content. Mathematical structure of quantum mechanics, Hilbert space, operator algebra;  postulates of quantum mechanics, symmetries and conservations; quantum dynamics; general  theory of angular momentum, coupling of angular momenta, irreducible tensor operators, 

Wigner‐Eckart theorem; analytical solution of the hydrogen atom; identical particles: spin and  statistics, the Pauli exclusion principle and many electron atoms. Prerequisites: PHYS 2351,  approved second year mathematics. 

PHYS 3752  Atomic and Molecular Physics (O) 

3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses. For an undergraduate student,  atomic and molecular physics is one of the most fundamental applications of quantum 

mechanics in the curriculum. The course provides a firm grounding in quantum angular  momentum theory, including spin and angular momentum coupling, and makes extensive use  of the matrix approach to quantum physics calculations. The course is linked to all courses in  the quantum mechanics stream, and to optics.  

Content. Quantum angular momentum concepts, including orbital angular momentum, spin,  and angular momentum coupling, the hydrogen atom, including spin‐orbit and hyperfine  interactions, methods and approaches to multi‐electron atoms, topics in molecular physics,  including development of the Hamiltonian, the Born‐Oppenheimer approximation, and the  structure of molecular spectra. Usually offered on rotation with Subatomic Physics and Solid 

State Physics. Prerequisite: PHYS 3351. 

PHYS 3852  Subatomic Physics (O) 

3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses. The study of nuclear and particle  physics draws mainly on quantum physics but, due to the semi‐empirical nature of many of the  nuclear models used, it also draws heavily on basic electromagnetism and other branches of  physics. An understanding of nuclear physics is essential for work related to radiation therapy,  in the nuclear energy sector, and in some branches of astrophysics. As for particle physics, as  well as being a field in its own right, it has become inextricably linked to research in cosmology. 

Content. Some overlap of topics with environmental physics and medical physics is to be  expected, but the approach and depth will differ greatly. Exact content will be at the  instructor’s discretion allowing the course to focus sometimes more on applications of nuclear  physics, sometimes more on particle physics, etc. Usually offered on rotation with Atomic & 

Molecular Physics and Solid State Physics. Prerequisite: PHYS 3351. 

PHYS 3883  Atmospheric Physics (A)  3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses. Atmospheric events and processes  have an impact on and are impacted by human activity, making atmospheric physics a topic of  great societal relevance. The study of the atmosphere requires consideration of a wide range  of spatial scales — from radiation transfer at the atomic level to phenomena on the global level 

— and a wide range of time scales — from seconds to centuries. Making headway requires an  understanding of what processes can and cannot be ignored depending on the scales under  consideration. In addition to providing an introduction to the field of atmospheric physics, this  course contributes toward the overall goal of the physics programme by calling on us to  combine knowledge from a variety of subfields of physics. Knowledge acquired in thermal   physics, in mechanics and in quantum physics (blackbody radiation, spectral lines) must be  brought together to develop an understanding of basic atmospheric physics.  

Content. Structure of the atmosphere, the global energy balance, atmospheric 

  thermodynamics, physics of weather patterns, observational techniques and instrumentation. 

Usually alternates with Astrophysics. Prerequisites: PHYS 2312, 2341, 2351. 

PHYS 3892  Medical Physics (A)  3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses. This course introduces our students  to a field where there are many opportunities for stimulating and satisfying careers. Medical 

physics is an application of physics to the particular — and particularly complex — system  which is the human body. This course requires an integration of concepts from optics, quantum  physics, nuclear physics, electromagnetism, mathematics, etc.  

Content. Radiation therapy, medical imaging. Usually alternates with Biophysics. Prerequisite: 

PHYS 2351. 

PHYS 3911  Mechanics III (O) 

3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses This third, elective mechanics course  can afford to take a more philosophical approach to Hamiltonian mechanics, while Mechanics II  will, of necessity, be more pragmatic. In addition, our tools can now be used in a variety of very  sophisticated circumstances.  

Content. Topics might include Hamiltonian mechanics with greater reach, canonical  transformations, Hamilton‐Jacobi theory, action‐angle variables, collision theory, non‐linear  mechanics and chaos, continuum mechanics (Lagrangian and Hamiltonian formulations, in  contrast to the Continuum and Fluid Mechanics course). Prerequisite: PHYS 2312. 

PHYS 3952  Solid State Physics (O) 

3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses. Solid state physics, also referred to  as condensed matter physics, is the study of matter in which a large number of atoms (10

23

  cm

−3

) are bound together, forming a dense solid aggregate. It is a fundamental field of physics  that leads to such areas and topics as material science, nanotechnology, and superconductivity. 

In this course, the student will study the structure of solids and how this structure affects such  things as their mechanical properties, their thermal properties, and their electronic properties. 

This course builds on concepts introduced in thermodynamics and statistical physics, as well as  quantum mechanics, with links to electromagnetism (e.g. van der Waals forces).  

Content. Lattice structure and dynamics, electron kinetics and dynamics, applications (e.g.  semiconductors, superconductors, magnetic resonance). Usually offered on rotation with 

Atomic & Molecular Physics and Subatomic Physics. Prerequisites: PHYS 3351, 3342.  

PHYS 3983  Astrophysics (A) 

3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses. In addition to providing an  introduction to the field of astrophysics, this course contributes toward the overall goal of the  physics programme by calling on us to combine knowledge from a variety of subfields of  physics. Knowledge acquired in introductory physics (conservation principles, forces, optics)  and in quantum physics (blackbody radiation, spectral lines) must be brought together to  develop an understanding of basic astrophysics. In addition, elements of statistical physics will  be introduced as required.  

Content. Observational tools (telescopes and detectors), stars: properties, formation, and  evolution, galaxies: structure and evolution, large‐scale structure and cosmology. Usually  alternates with Atmospheric Physics. Prerequisite: PHYS 2351 or permission of the instructor. 

PHYS 3993  Biophysics (A) 

3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses. The study of biophysics offers a new 

perspective on physics through application to the biological sciences. It involves the integration  of diverse concepts seen in introductory physics as well as elements of thermodynamics and  fluid physics. It highlights the usefulness of physical thinking and a physicist’s perspective in the  study of biological phenomena.  

Content. Biomechanics, the optics of vision, sound, hearing & echolocation, fluids in motion,  the thermo dynamics of life, physics at the cellular level, electricity and magnetism in biological  systems. Usually alternates with Medical Physics. Prerequisites: PHYS 1061, 1062, 1091, 1092  or equivalent plus MATH 1003 or 1053, 1013 or 1063, BIOL 1001, 1012. 

PHYS 4321  Electromagnetism II  4 ch (3C, 1T*)

Role within programme and connections to other courses. This second course on the formalism  of electricity and magnetism extends the material from Electromagnetism I, and adds  mathematical rigor and sophistication to our toolbox of techniques for electromagnetic  problems. Heavier use of the ideas from Methods of Theoretical Physics is made, including 

Fourier methods and spherical harmonics. At the culmination of this course, we will have been  exposed to all of the core ideas in E/M theory except for relativity. The latter and applications  will follow in Electromagnetism III.  

Content. Fields in materials (D and H), polarization and magnetization vectors, polarizability  and susceptibility tensors, types of magnetization, gauge theory, and its uses in solution of  electromagnetic problems, conservation laws in electromagnetic theory, Poynting’s theorem,  the Maxwell stress‐energy tensor, the Lagrangian for a charged particle in an electromagnetic  field, radiation from accelerated charges, retardation effects, generation and propagation of 

E/M waves, the breakdown of classical electromagnetic theory. Prerequisites: PHYS 2311, PHYS 

3322, PHYS 3331. 

PHYS 4338  Advanced Research Project  8 ch [W]

All physics honours students are required to complete a research project, under the  supervision of a member of the department. Non‐honours students may complete a research  project as an elective. The Advanced Resarch Project course includes a formal written report  and an oral defense, both of which are assessed by committee. Prerequisites: PHYS 3336, 

  permission of the department. 

PHYS 4351  Quantum Mechanics II  4 ch (3C, 1T*)

Role within programme and connections to other courses. The second QM course is not  required for the majors programme, but furnishes our honours students with a range of tools  allowing them to move beyond hydrogen‐like atoms and to explore the applications of  quantum mechanics.  

Contents. Time independent perturbation theory, non‐degenerate and degenerate cases, the 

Stark effect, fine structure, the Zeeman effect; the variational method, helium atom; the WKB  method; time‐dependent perturbation theory, the Fermi’s golden rule, harmonic perturbation,  the adiabatic approximation, the Berry phase; a charged particle in EM field, gauge  transformation, Landau levels, the Aharonov‐Bohm effect; scattering theory: the Lippmann‐

Schwinger equation, optical theorem, partial wave expansion, phase shifts, effective range 

  expansion, resonances, scattering between identical particles, Coulomb scattering. 

Prerequisite: PHYS 3351. 

PHYS 4371  Optics  3 ch (3C)

This course includes some experiments that support the lecture material. 

Role within programme and connections to other courses. 

Optics is both a field of research in its own right and a topic the tools of which are used by  many other branches of physics. This course builds on the basic concepts of wave optics 

  introduced in Waves. It also provides a brief introduction to some concepts of photonics, the  quantum treatment of light.  

Contents. Advanced geometrical optics (e.g. the transition between geometrical and physical  optics, the thick lens, Jones’ matrices), Fourier optics. Prerequisite: PHYS 2372. 

PHYS 4722  Signal & Image Processing (A) 

3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses. Many physics career paths involve  signal and image processing of some kind, e.g. seismic data processing, medical imaging,  remote sensing (defense, forestry, mining), observational astrophysics, etc. As a result,  understanding the possibilities and limitations of various data analysis techniques is a valuable  asset for any physics graduate.  

Content. This course uses data from a variety of applications to illustrate the wide range of  applicability of the tools discussed. Usually alternates with Advanced Electronics. Prerequisite: 

PHYS 3331 

PHYS 4823  Advanced Electronics (A) 

3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses. The world of experimental physics is  an electrifying blend of theory and hands‐on measurements which relies heavily on a wide  array of complex electronic devices. This course builds on Circuits & Elementary Electronics and  introduces electronics and instrumentation we encounter through a physics career. The  requirement to design and build electronic equipment, to integrate and control multiple  components, and to efficiently operate complex instrumentation is fundamental to  experimental physics. The goal of this course is to furnish the tools we need to meet these  challenges. It includes topics in electronic design, interfacing and control, sensors and  detectors, and data acquisition.  

Content. Multi‐component design, amplifiers, filters, PCB design, integrated circuits, digital  logic and programmable devices, radio frequency design, interfacing and control, transducers,  detectors and receivers, solid state sensors. Usually alternates with Signal & Image Processing. 

Prerequisite: PHYS 2327. 

PHYS 4838  Research Project 

4 ch [W]

A one‐term research project, supervised by a member of the department, assessed on the  basis of the research work carried out and a report. Note that no defence is involved (in 

contrast to the Advanced Research Project). Prerequisite: PHYS 3336. 

PHYS 4872  Plasma Physics (A) 

3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses. Plasmas are sometimes referred to  as the fourth state of matter. In a plasma, charge separation between electrons and ions gives  rise to electric fields, and the movements of these charged particles result in currents and  magnetic fields. Understanding the behaviour of plasmas involves mechanics,  electromagnetism, and thermodynamics, and thus a plasma physics course contributes toward  the overall goal of the physics programme by calling on us to combine knowledge from a  variety of subfields of physics. Plasmas are found in many branches of physics (e.g. particle  physics, condensed matter, astrophysics) and so the knowledge gained in this course will be of  great value in many fields.  

Content. Single particle motion, trajectories and drift, plasmas as fluids (electron fluid and ion  fluid, single fluid magnetohydrodynamics), waves in a fluid plasma. Usually alternates with 

Continuum & Fluid Mechanics. Prerequisites: PHYS 2341, 2372, 4321.  

PHYS 4922  Electromagnetism III 

3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses. This course pursues high level  extension and application of electromagnetic theory. It connects to and extends relativistic  mechanics (started in Mechanics I), and illuminates ideas from atomic/molecular physics,  plasma physics and other fields.  

Content. Magnetohydrodynamics, relativistic four‐vectors and four‐tensors, force and 

Minkowski force, covariant formulation of E/M fields,  an E/M perspective on quantum field  theory. Prerequisites: PHYS 4321, 3351. 

PHYS 4933  Special Topics in Physics 

3 ch (3C)

This “course” is included in order to allow for ad hoc courses that might be offered only once. 

For instance, a visiting professor may have some expertise that s/he could share with the 

Department, or the student body may request a course about a particular topic that intrigues  them. Prerequisite: permission of the department. 

PHYS 4938  Experimental Physics II (O) 

3 ch (3L)

Role within programme and connections to other courses. Various courses will contain  experiments that are directly related to the material addressed in the lectures, however, in the  interest of promoting an understanding of connectivities (avoiding compartmentalisation) and  refining research skills, this synthesis course will contain a variety of experiments, many of  which integrate concepts learned in diverse courses.  

Content. The experiments will cover a wide variety of topics. Prerequisites: PHYS 3336,  approved third year physics. 

PHYS 4972  Continuum & Fluid Mechanics (A) 

3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses. The emphasis of this course will be 

 

  on how what we know of Newtonian mechanics is carried over into a continuum. This  approach helps to emphasise that the tools and knowledge we have already developed can be  used to great effect in new situations. In addition to the portability of physical concepts, we  will also be able to see some generally useful mathematical tools in a new context (vector  calculus in velocity fields being a key example).  

Content. Volume and surface forces, stress and strain, Hooke’s Law, equation of motion for an  elastic solid, longitudinal and transverse waves in a solid, fluid properties, fluid motion. Usually  alternates with Plasma Physics. Prerequisites: PHYS 2312, 3331. 

PHYS 4983  Introduction to General Relativity (A)  3 ch (3C)

Role within the programme and connections to other courses. “General relativity has become  one  of  the  central  pillars  of  theoretical  physics,  with  important  applications  in  both  astrophysics and high‐energy particle physics.” – Bernard Schutz. The modern view of gravity is  as a warping of spacetime, rather than as a force in the Newtonian sense. This course exposes  us to this more sophisticated model of gravity and to the wealth of applications which follow. 

The  General  Relativity  course  builds,  unsurprisingly,  upon  the  special  relativity  section  of 

Mechanics I.  

Contents.  Foundations  of  general  relativity,  solutions  of  Einstein’s  equations,  classical  tests,  cosmology, metrics. Prerequisite: MATH 4473 or permission of the instructor. 

PHYS 5993  Magnetic Resonance Imaging (O) 

3 ch (3C)

Role within programme and connections to other courses. This advanced course draws upon  electromagnetism, quantum mechanics and statistical thermodynamics to provide a capstone  topic tied to the department’s research interests. 

Content. Principles of Magnetic Resonance Imaging, survey of imaging techniques, modern  applications of MRI in medicine, biology and materials science. Prerequisite: permission of the  instructor. 

PHYS 5952  Quantum Mechanics III (O) 

4 ch (3C 1T*)

Role within programme and connections to other courses. This advanced quantum mechanics  course introduces relativistic quantum mechanics and a variety of modern applications of  quantum mechanics.  

Contents. Relativistic quantum mechanics: the Klein‐Gordon equation, Lorentz transformation,  the Dirac equation, the Dirac solution of the hydrogen atom; quantum theory of radiation:  radiation‐matter interaction, decays, absorption, stimulated emission, scattering of photons by  atoms, the Casimir effect; path integral formulation; quantum entanglement, the EPR paradox,  dense coding, quantum teleportation, the Bell inequality. Prerequisite: PHYS 4351. 

Was this manual useful for you? yes no
Thank you for your participation!

* Your assessment is very important for improving the work of artificial intelligence, which forms the content of this project

Download PDF

advertisement

Table of contents