Kursplan för Kvantfysik

Mål

Kursen behandlar begrepp och arbetsmetoder, som används inom den moderna fysiken, speciellt elektronhöljets fysik.

Efter godkänd kurs ska studenten kunna:

• redogöra för den grundläggande kvantmekanikens språk och formalism.
• utföra elementära teoretiska studier och beräkningar för kvantsystem utifrån Schrödingerekvationen.
• utföra beräkningar avseende atomer och molekyler samt beskriva kvantfenomen inom elektronhöljets fysik utifrån kvantmekaniska samband.
• utföra spektroskopiska undersökningar av olika ämnen och tolka resultaten i kvantiserade storheter.
• redogöra för kvantfysikens betydelse inom natur, teknik och samhälle.
• redovisa muntligt på engelska resultat av experimentella undersökningar och belysa deras kvantmekaniska tolkning.

Innehåll

Kvantfysikens grundläggande fenomen och experimentella bakgrund, partiklar och atommodeller, t.ex. Rutherfords och Bohrs atommodeller. Svartkroppsstrålning, fotonen, fotoelektriska effekten, Comptonspridning. H-spektroskopiska serien. Korrespondensprincipen. Våg-partikeldualiteten, vågfunktionen och Schrödingerekvationen, vågpaket, sannolikhetstolkning, endimensionella system.
Stationära tillstånd, egenvärdesproblem, partikel i en låda, harmonisk oscillator, transmission / tunnling och reflexion. Förväntansvärden, operatorer, Heisenbergs osäkerhetsrelationer.

Tredimensionella system. Enelektronatomer: Schrödingerekvationen, energiegenvärden, vågfunktioner, banimpulsmoment och centralrörelse, övergångar, energinivådiagram. Born-Oppenheimer-approximationen.

Enkel störningsteori, variationsteori.

Flerelektronatomer: Spinn, addition av impulsmoment, identiska partiklar, Pauliprincipen, antisymmetriska vågfunktioner, kvanttalsuppsättningar, Zeemaneffekt, elektronkonfigurationer, periodiska systemet, spinnbankoppling, centralfältsapproximationen, termer, finstrukturnivåer, generering av optiska övergångar och röntgenstrålning samt dess spektroskopier.

Fermioner och Bosoner.

Tvåatomiga molekyler: Bindning, molekylpotentialer, vibrations- och rotationsrörelser, övergångar.

Kvantfysikens betydelse inom natur, teknik och samhälle, t.ex. den kvantfysikaliska orsaken till jordens temperatur, tunneldioder och atomär magnetism.

Laborationer: Fotoelektrisk effekt. Optisk spektroskopi. Röntgenspektrum (fluorescens, elementanalys).

Undervisning

Föreläsningar, lektioner, experimentella och datorbaserade laborationer. Gästföreläsning. Undervisningen kan vid behov ges på engelska.

Examination

Skriftlig tentamen vid kursens slut (9 hp) tillsammans med mittkursexamination. Godkänd mittkursexamination ger bonuspoäng som kan användas på sluttentan och vid ordinarie omtentamenstillfällen.
Laborationer samt muntlig redovisning av laboration på engelska (1 hp).