Kursöversikt

Kursstart 

FYP203 Kvantfysik A - VT2023 (7.5 hp)

Kursplan hittar du här

Kontaktinformation

Kursansvarig/examinator:
Göran Johansson
Kontor: C520, MC2
📧 goran.l.johansson@chalmers.se

Räkneövningsledare:
Pontus Vikstål
Kontor: C514, MC2
📧 vikstal@chalmers.se

Labbassistenter: 
Adrian Rodriguez Palomo
📧 adrian.rodriguez@chalmers.se
Johan Eriksson
📧 johan.eriksson@chalmers.se

Studieadministration och studievägledning:
Se studentportalen.

Schema och kursplaner

Schemat (dvs det preliminära) finns i TimeEdit (sök på Chalmers lokaler).

Kurslitteratur:

Kvantfysik Del 1, kompendium (K1) (finns att ladda ner som pdf här komp_del1.pdf)
Kvantfysik Del 2, kompendium (K2), kapitel XII, XIII och XIV (K2) (finns att ladda ner som pdf här komp_del2.pdf)

Övningsuppgifter till kursen finns under sidan övningsuppgifter.

Rekommenderade böcker:
“Kvantvärldens fenomen” av Gunnar Ohlén (pedagogisk introduktionsbok)
“The Physics of Atoms and Quanta” av Haken & Wolf (vidlyftig bredvidläsningsbok). (HW)

Rekommenderad läsning från HW
(A: Viktigt, B: Läs ordentligt, C: Läs igenom)

Hänvisningarna nedan gäller (åtminstone) sjätte och sjunde upplagan.

• C Kap. 6. Hela. The Electron
• A Kap. 7. Hela. Properties of Matter Waves
• C Kap. 8. Hela. (8.9 och 8.10 kursivt) Bohr's Model
• A Kap. 9. Hela. Mathematical Framework
• A Kap. 10. Hela. (10.4 kursivt) Quantum Mechanics of the Hydrogen Atom
• A Kap. 11. Hela. The Spectra of the Alkali Atoms
• A Kap. 12. Hela .(12.11 kursivt) Fine Structure
• A Kap. 13.1, 13.2, 13.3  och 13.4. Atoms in a Magnetic Field
• B Appendix A och B.

Kursinnehåll

Kursen i kvantfysik syftar till att ge en grundläggande förståelse av ämnet. Vi börjar kursen med att mycket kort diskutera några problem som inte kunde förklaras inom den klassiska fysiken. Sedan fördjupar vi oss i hur naturlagarna ser ut i en kvantfysikalisk beskrivning. I slutet av kursen tillämpas kvantfysiken för att studera atomer. Även om inte alla fenomen, som har nämnts ovan, behandlas i kursen så syftar den ändå till att lägga grunden för en förståelse av dessa.

Här följer en mer detaljerad beskrivning av kursinnehållet:

• Vi diskuterar vågpaket, grupphastighet och fashastighet och hur detta hänger ihop med den kvantfysikaliska osäkerhetsrelationen. För att få en förståelse för vågekvationen för materiella partiklar behandlar vi till att börja med vågekvationen för ljus och dess samband med dispersionsrelationen. Därefter sätter vi upp vågekvationen för en icke-relativistisk partikel och tolkar dess lösning, vågfunktionen. Vågekvationen är den s.k. Schrödingerekvationen och vi studerar formen på dess allmänna lösningar samt speciella lösningar med bestämd energi. Vid tolkningen av vågfunktionen blir sannolikhetsbegreppet viktigt och vi diskuterar bl.a. väntevärden.
  
• En första tillämpning av Schrödingerekvationen gäller barriärproblem och tunnling, det är nästan som om kvantfysikaliska partiklar kan gå genom väggar. En annan viktig tillämpning är den kvantfysikaliska beskrivningen av den harmoniska oscillatorn.
  
• Innan vi går in på atomer inför vi en operatorformalism och diskuterar satser för hermitska operatorer samt hur dessa hänger ihop med en mätning på ett kvantfysikaliskt system. I samband med att vi diskuterar centralkrafter inför vi operatorer för impulsmomentet och behandlar klotytefunktioner.
  
• När vi kommer in på atomära system så behandlas huvudsakligen väteatomen, den enklaste av atomerna. Vi inför elektronens spinn och studerar hur växelverkan mellan elektronens spinn och banrörelse leder till den s.k. finstrukturen i atomära spektra. Vi diskuterar växelverkan med ett yttre magnetfält, som leder till den s.k. Zeeman-effekten. Vidare behandlas stimulerad emission och absorption av strålning i atomer. Slutligen behandlas flerelektronatomer i den s.k. centralfältsapproximationen.

Inlämningsuppgifter

Vi kommer att ha tre omgångar med inlämningsuppgifter under kursens gång. För dessa inlämningsuppgifter kan ni sammanlagt få maximalt upp till 3 bonuspoäng på tentan.

Varje lämningsuppgift är värd 12 poäng (12x3 = 36 poäng totalt), och bonuspoängen baseras på det procentuella antalet poäng som ni lyckats samla ihop på inlämningsuppgifterna enligt följande tabell.

Examination

Examination består av en tenta (6.0 hp) och en labbrapport (1.5 hp).