Mechanika kwantowa

fizyka

Znajomość mechaniki klasycznej, liczb zespolonych, podstawowych funkcji zmiennych rzeczywistych i zespolonych, rachunku różniczkowego i całkowego, algebry macierzy.

w sali

Celem wykładu jest wprowadzenie słuchaczy w świat obiektów opisywanych teoretycznie za pomocą pojęć nierelatywistycznej mechaniki kwantowej. Zajęcia pomogą uczestnikom kształtować sobie ,,intuicję kwantową'' poprzez stosowanie teorii do opisu przykładów zjawisk w świecie atomów, cząsteczek i jąder atomowych.

Program:

1. Funkcja falowa i równanie Schrödingera. Zasada superpozycji stanów kwantowych. Liniowość równania Schrödingera i jej konsekwencje.

2. Postulaty mechaniki kwantowej. Obserwable. Zasada nieoznaczoności.

3. Klasyfikacja rozwiązań równania Schrödingera: stany cząstki swobodnej, stany cząstki związanej w studni potencjału, stany rozproszeniowe, pasma energetyczne w układach periodycznych.

4. Oscylator harmoniczny. Operatory kreacji i anihilacji.

5. Kwantowa teoria momentu pędu. Orbitalny moment pędu. Spin. Całkowity moment pędu. Składanie momentów pędu.

6. Cząstka w polu sił centralnych.

7. Ruch cząstki naładowanej w polu elektromagnetycznym.

8. Atomu wodoru.

9. Metody przybliżonego rozwiązywania równania Schrödingera: stacjonarny rachunek zaburzeń, metoda wariacyjna, przybliżenie WKB.

10. Rachunek zaburzeń z zależnością od czasu. Jonizacja atomu wodoru. Złota reguła Fermiego.

11. Kwantowa teoria rozpraszania: przybliżenie Borna i metoda fal parcjalnych.

12. Opis układu w stanie mieszanym. Operator gęstości.

13. Elementy relatywistycznej mechaniki kwantowej: równania Kleina-Gordona i Diraca.

Zajęcia, których zaliczenie jest wymagane przed wykładem:

Analiza, Algebra lub Matematyka, Fizyka IV, Mechanika klasyczna

Forma zaliczenia:

Zaliczenie ćwiczeń i egzamin - szczegółowe reguły zaliczenia zostaną podane na pierwszych zajęciach

Oszacowanie nakładu czasu:

Wykład = 60 godzin

Ćwiczenia = 60 godzin

Zadania domowe = 15 tyg. razy 6 godz. = 90 godzin

Przygotowanie do testów = 30 godzin

Przygotowanie do egzaminów = 30 godzin

W sumie około 270 godzin

Opis sporządził Stanisław Głazek, listopad 2014.

1. L. Schiff, Mechanika kwantowa.

2. D.J. Griffiths, Wstęp do mechaniki kwantowej.

3. K. Konishi, G. Paffuti, Quantum mechanics

4. R. Shankar, Mechanika kwantowa

5. I. Białynicki-Birula, M. Cieplak i J. Kamiński, Teoria kwantów.

Wiedza:

- znajomość zjawisk fizycznych pokazujących nieprzystawalność fizyki klasycznej do mikroświata

- opanowanie podstawowych pojęć i formalizmu matematycznego mechaniki kwantowej

- zrozumienie kwantowego obrazu wielkości fizycznych, takich jak energia lub moment pędu

Umiejętności:

- rozwiązywanie standardowych zagadnień nierelatywistycznej mechaniki kwantowej

- opis zjawisk kwantowych za pomocą prostych modeli matematycznych

- wyjaśnianie efektów wynikających z dualizmu korpuskularno-falowego i interferencji kwantowej

Ćwiczenia:

Na ocenę z ćwiczeń będą składały się:

- kolokwia

- aktywność na ćwiczeniach

Ocena końcowa:

Na ocenę końcową złożą się:

- ocena z ćwiczeń

- ocena z egzaminu pisemnego

- ocena z egzaminu ustnego

brak