Kursplan för Kvantfysik

Mål

Kursen behandlar begrepp och arbetsmetoder, som används inom den moderna fysiken, speciellt elektronhöljets fysik. Efter fullgjord kurs skall studenten kunna

• redogöra för korrespondensprincipen och dess tolkning.
• redogöra för den grundläggande kvantmekanikens språk och formalism och beskriva kvantfenomen inom elektronhöljets fysik med denna formalism.
• utföra elementära teoretiska studier och beräkningar av atomer och molekyler utifrån kvantmekaniska samband.
• utföra spektroskopiska undersökningar av olika ämnen och tolka resultaten i kvantiserade storheter.
• redogöra för kvantfysikens framtida tillämpningar inom teknik och samhälle.

Innehåll

Kvantfysikens grundläggande fenomen och experimentella bakgrund, våg-partikeldualiteten, partiklar och atommodeller. Svartkroppstrålning, linjespektra, Rutherfords atommodell. fotonen, fotoelektriska effekten, Comptonspridning. Bohrs atommodell, Balmerserien.

Vågfunktionen och Schrödingerekvationen. Vågpaket, sannolikhetstolkning, Heisenbergs osäkerhetsrelationer. Stationära tillstånd. Förväntansvärden, kontinuitetsekvationen och Ehrenfests relationer. Operatorer.

Endimensionella system. Transmission och reflexion. Egenvärdesproblem.

Tredimensionella system. Banimpulsmoment och centralrörelse. Spinn. Addition av impulsmoment. Identiska partiklar.

Enkel störningsteori.

Enelektronatomer: Schrödingerekvationen, energiegenvärden vågfunktioner, övergångar, energinivådiagram. Born-Oppenheimer-approximationen. Optisk spektroskopi på väteatomen.

Flerelektronatomer: Centralfältsapproximationen, banimpulsmoment, spinn, Pauliprincipen, antisymmetriska vågfunktioner, kvanttalsuppsättningar. Zeemaneffekt, elektronkonfigurationer, periodiska systemet, spinn-bankoppling, termer, finstrukturnivåer, Hunds regler. Generering av optiska övergångar och röntgenstrålning samt dess spektroskopier.

Tvåatomiga molekyler:

Bindning, molekylpotentialer, molekylorbitalmodellen, elektronkonfigurationer. Energinivådiagram (Grotriandiagram), molekylorbitaler, molekylära termer. Vibrations- och rotationsrörelser, övergångar.

Fermioner och Bosoner. Elektronbindning och energiband i fasta material. Bose-Einstein kondensering.

Tolkningar av kvantmekaniken, Bells olikhet, kvantkryptografi och kvantdatorer.

Laborationer: Fotoelektrisk effekt. Optisk spektroskopi (H + N2). Röntgenspektrum (fluorescens, elementanalys).

Undervisning

Föreläsningar, lektionsövningar, experimentella och datorbaserade laborationer. Seminarier och handledning i små grupper med obligatorisk närvaro. Undervisningen kan vid behov ges på engelska.

Examination

Skriftlig tentamen vid kursens slut (9 av 10 hp). För godkänd kurs fordras även godkänd

laborationskurs (1 av 10 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.