Behörighetskrav

Linjär algebra, En- och Flervariabelanalys, Transformmetoder, Mekanik II, Elektromagnetism I, Vågor och optik och Fysikens matematiska metoder eller motsvarande kurser.

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.

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. Bose-Einstein-kondensering.

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

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

Undervisning

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

Examination

Skriftlig tentamen vid kursens slut (9 hp).

För godkänd kurs fordras även godkända laborationer (1 hp).

Laborationsrapporter med eventuellt förekommande inlämningsuppgifter och/eller duggor bildar tillsammans med den skriftliga tentamen underlag för slutbetyget. Om ett bonussystem används, ges endast bonus vid sluttentamen och vid första ordinarie omtentamen.