Theoretische Physik IV (Quantenmechanik)

Lecture (PTP4)

Thomas Gasenzer
 

Dienstag, 11:15-13:00; Donnerstag, 11:15-13:00; (Beginn: 16.04.) INF 227 (KIP), HS1 & ggf. HS2. [heiCO / Übungsgruppen

Übungen
Koordination: Ido Siovitz

Hier geht's zur Anmeldung und Gruppenliste.
Die Übungen finden montags bis mittwochs statt. Beginn: 22.04.

Lernziele/Kompetenzen: Siehe Modulhandbuch (PTP4) sowie heiCO.

Inhalt (vorläufig):

  1. Vorbemerkungen
  2. Kinematische und mathematische Grundlagen der Quantenmechanik
    - Einführung - Polarisation des Lichts - Zustände und Vektorraum - Operatoren und Observable - Messung - Erwartungswert, Varianz, Unschärfe - Hilbertraum - Ortsdarstellung und Wellenfunktion - Impulsdarstellung - kanonische Kommutatorrelationen
  3. Quantendynamik
    - Zeitentwicklung und Schrödingergleichung - Dispersion des Gaußschen Wellenpakets - Wahrscheinlichkeitsstrom und Kontinuitätsgleichung - Heisenbergbild und Ehrenfest-Theorem
  4. Eindimensionale Probleme
    - Harmonischer Oszillator - Kohärente Zustände und klassischer Grenzfall - Potentialstufe - Barriere und Tunneleffekt - Potentialtopf: Bindungs- und Streuzustände
  5. Bewegung im Zentralpotential
    - Rotationen und Lie-Theorie - Drehimpuls-Operator und Darstellungen der so(3) - Eigenwerte und Eigenzustände des Drehimpulses - Bahndrehimpuls und Kugelflächenfunktionen - Bewegung im Zentralpotential - Coulombpotential und Wasserstoffatom
  6. Bewegung im elektromagnetischen Feld
    - Spin - Transformationsverhalten von Spinorfeldern - Addition von Drehimpulsen - Eichinvarianz und kovariante Ableitung - Hamiltonoperator eines geladenen Teilchens im e.m. Feld - Magnetische Momente - Aharonov-Bohm-Effekt
  7. Näherungsmethoden
    - Zeitunabhängige (Rayleigh-Schrödinger) Störungstheorie - Relativistische Korrekturen zum Wasserstoffspektrum - Wasserstoffatom im äusseren Feld: Zeeman- und Stark-Effekt - Ritzsches Variationsverfahren - Sudden Approximation - Zeitabhängige Störungstheorie - Wechselwirkung mit dem Strahlungsfeld
  8. Pfadintegrale
    - Schrödinger-Propagator - Feynmans Pfadintegralformel - Sattelpunktsentwicklung - Wirkungswellen und Eikonal-Optik* - Wentzel-Kramers-Brillouin-Näherung*
  9. Mehrteilchensysteme*
    - Identische Teilchen - Mehrelektronensysteme - Zweiatomige Moleküle
  10. Streutheorie*
    - Streuzustände und Streuamplitude - Streuquerschnitt - Partialwellenanalyse - Streuphasen - Optisches Theorem - Resonanz- und Niederenergiestreuung
  11. Zustand und Messprozess
    - Dichtematrix und von Neumann-Gleichung - Reine und gemischte Gesamtheiten - Messprozess - Alternative Interpretationen - EPR-Argument und Bellsche Ungleichung

Voraussetzungen:

  • Theoretische Physik I-III (PTP 1-3), Experimentalphysik I-III (PEP 1-3)

Skript :

  • Das aktuelle Vorlesungsskript finden Sie hier.

Literatur:

Empfohlene Lehrbücher (in alphabet. Reihenfolge):

  • M. Bartelmann et al., Theoretische Physik, Springer Verlag. [ Google books | HEIDI | UB E-Book ]
  • G. Baym, Lectures on Quantum Mechanics. Westview, Boulder, CO, u.a., 2010. [ Google books | HEIDI ]
  • C. Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Laloë, Quantenmechanik 1-3, de Gruyter. [ Google books | HEIDI ]
  • P.A.M. Dirac, Principles of Quantum Mechanics, Clarendon. [ Google books | HEIDI ]
  • R.P. Feynman, R.B. Leighton, M. Sands, The Feynman Lectures on Physics, Vol. III, Pearson. [ Google books | HEIDI ]
  • T. Fließbach, Lehrbuch der Theoretischen Physik III, Quantenmechanik, Springer. [ Google books | HEIDI ]
  • C.J. Isham, Lectures on Quantum Theory, Imperial College Press. [ Google books | HEIDI ]
  • F. Kuypers, Quantenmechanik, Wiley VCH. [ Google books | HEIDI ]
  • L.D. Landau, E.M. Lifshitz, Lehrbuch der theoretischen Physik, III., Quantenmechanik, Verlag Harri Deutsch/Europa Lehrmittel. [ Google books | HEIDI ]
  • A. Messiah, Quantenmechanik, de Gruyter. [ Google books | HEIDI ]
  • W. Nolting, Grundkurs Theoretische Physik 5/1+2 Quantenmechanik, Springer. [ Google books | HEIDI Bd. 1/ 2 | UB E-Book Bd. 1/ 2 ]
  • J. J. Sakurai, J. Napolitano, Modern Quantum Mechanics. Addison-Wesley, Boston u.a., 2011. [ Google books | HEIDI ]
  • F. Schwabl, Quantenmechanik (QM I), Springer. [ Google books | HEIDI | UB E-Book ]
  • S. Weinberg, Quantenmechanik, Pearson. [ Google books | HEIDI ]

Zusätzliches Material

Zusätzliches Material (Animationen, Videos) findet sich hier.

Übungen:

Obertutor: Ido Siovitz

Die Übungsgruppenverteilung und Aufgabenblätter finden Sie hier.

Beginn der Übungen: 2. Woche der Vorlesungszeit (22./23./24.4.)

Die Übungsblätter werden montags online gestellt. Die Lösungen sind in der darauffolgenden Woche bis Montag, 10:00 Uhr im selben System hochzuladen. Die ersten Übungsblätter erscheinen am 16.04. Für weitere Details s. das Merkblatt zu den Übungen.

Klausur:

Die Klausur findet am Mo., 22.07.24, 14:00-17:00 Uhr statt.
Ort: INF227, HS1+2. Verteilung: siehe das Merkblatt zur Klausur.

Voraussetzung für die Wertung der Klausur: siehe Modulhandbuch.

Zulassung zur und Regeln für die Klausur: siehe Merkblatt. (aktualisiert am 15.07.2024!)