Elementy fizyki kwantowej i budowy materii WYKŁAD rok 2, semestr III Prowadzący: Krzysztof Kucab Uniwersytet Rzeszowski Rzeszów 2016

Krzysztof Kucab B1L, s. 215 kkucab@ur.edu.pl Konsultacje: Pn. 1000-1100 Śr. 830-930

Literatura 1) R. Shankar, Mechanika kwantowa, PWN, Warszawa 2006. 2) S. Szpikowski, Podstawy mechaniki kwantowej, Wydawnictwo UMCS, Lublin 2006. 3) S. Kryszewski, Mechanika kwantowa, skrypt kursu podstawowego (skrypt dostępny m.in. na stronie: http://iftia9.univ.gda.pl/~sjk/QM/indexQM.html ) 4) R. Liboff, Wstęp do mechaniki kwantowej, PWN, Warszawa 1987.

Literatura 5) A.S. Dawydow, Mechanika kwantowa, PWN, Warszawa 1967. 6) R. Eisberg, R. Resnick, Fizyka kwantowa, PWN, Warszawa 1983. 7) P.T. Mathews, Wstęp do mechaniki kwantowej, PWN, Warszawa 1997. 8) R. Feynman, R. Leighton, M. Sands, Feynmana wykłady z fizyki t.III, PWN, Warszawa 1968. 9) dowolny podręcznik do mechaniki kwantowej na poziomie wyższym.

Literatura 10) J. Jędrzejewski, W. Kruczek, A. Kujawski, Zbiór zadań z fizyki, t. 1, 2, WNT, Warszawa 2004. 11) M.S. Cedrik, Zadania z fizyki, PWN, Warszawa 1978. 12) J. Kalisz, M. Massalska, J. Massalski, Zbiór zadań z fizyki z rozwiązaniami, PWN, Warszawa 1987.

I. „Stara teoria kwantów” Plan wykładu I. „Stara teoria kwantów” 1. „Problemy” fizyki klasycznej: promieniowanie ciała doskonale czarnego, efekt fotoelektryczny, efekt Comptona, doświadczenie Sterna-Gerlacha.

I. „Stara teoria kwantów” Plan wykładu I. „Stara teoria kwantów” 2. Elektron i atom – kwantowe próby opisu: hipoteza de Broglie’a, doświadczenie Davissona-Germera, dualizm korpuskularno-falowy, serie widmowe atomów, model atomu Bohra, doświadczenie Francka-Hertza.

II. Matematyczne podstawy MK Plan wykładu II. Matematyczne podstawy MK 3. Formalizm matematyczny MK – cz. I: wektorowa przestrzeń liniowa, przestrzeń Hilberta, wektory, baza, iloczyn skalarny, ortogonalność, twierdzenie Grama-Schmidta, nierówność Schwartza, nierówność trójkąta.

II. Matematyczne podstawy MK Plan wykładu II. Matematyczne podstawy MK 4. Formalizm matematyczny MK – cz. II: operatory liniowe, zagadnienie własne, diagonalizacja macierzy, formalizm hamiltonowski mechaniki klasycznej, równania kanoniczne, nawiasy Poissona.

II. Matematyczne podstawy MK Plan wykładu II. Matematyczne podstawy MK 5. Postulaty MK: wektory i operatory w przestrzeni nieskończenie wymiarowej (baza nieprzeliczalna), omówienie postulatów dotyczących opisu układu kwantowego w danej chwili, omówienie postulatu dotyczącego opisu zmian układu kwantowego z upływem czasu.

II. Matematyczne podstawy MK Plan wykładu II. Matematyczne podstawy MK 6. Funkcja falowa: funkcja falowa – podstawowe własności i interpretacja, redukcja wektora stanu, wartość oczekiwana i nieoznaczoność, gęstość prądu prawdopodobieństwa, twierdzenie Ehrenfesta.

II. Matematyczne podstawy MK Plan wykładu II. Matematyczne podstawy MK 7. Równanie Schrödingera: równanie Schrödingera zależne od czasu – ogólna metoda rozwiązania, równanie Schrödingera niezależne od czasu, cząstka swobodna, ewolucja paczki gaussowskiej, stany związane i rozproszeniowe.

III. Proste zagadnienia kwantowe Plan wykładu III. Proste zagadnienia kwantowe 8. Jednowymiarowa studnia i bariera potencjału: cząstka w studni potencjału o nieskończonych ściankach, cząstka w studni potencjału o skończonych ściankach, bariera potencjału, współczynnik przejścia i odbicia, efekt tunelowy.

III. Proste zagadnienia kwantowe Plan wykładu III. Proste zagadnienia kwantowe 9. Oscylator harmoniczny: hamiltonian oscylatora harmonicznego, rozwiązanie przy pomocy wielomianów Hermite’a, rozwiązanie przy pomocy operatorów kreacji i anihilacji, hamiltonian w bazie energii.

III. Proste zagadnienia kwantowe Plan wykładu III. Proste zagadnienia kwantowe 10. Kwantowa teoria momentu pędu: ogólny operator momentu pędu, operatory „podnoszący” i „obniżający”, wartości własne operatora kwadratu momentu pędu i składowej momentu pędu na wyróżniony kierunek.

III. Proste zagadnienia kwantowe Plan wykładu III. Proste zagadnienia kwantowe 11. Orbitalny moment pędu: operator momentu pędu we współrzędnych kartezjańskich, operator momentu pędu we współrzędnych sferycznych, operator kwadratu momentu pędu we współrzędnych sferycznych, wartości własne i funkcje własne powyższych operatorów.

Plan wykładu IV. Atom wodoru w MK 12. Stany stacjonarne w potencjale centralnym: hamiltonian cząstki w polu centralnym, separacja zmiennych, radialne równanie Schrödingera, liczby kwantowe.

Plan wykładu IV. Atom wodoru w MK 13. Atom wodoropodobny: stabilność atomu, harmoniki sferyczne, rozwiązanie równania radialnego, liczby kwantowe dla atomu wodoropodobnego.

Plan wykładu V. Teoria spinu 14. Podstawy teorii spinu ½: postulaty teorii Pauliego, własności spinu ½, macierze Pauliego, operatory spinu ½, spin w dowolnym kierunku, spinory, operatory a spinory.

Plan wykładu V. Teoria spinu 15. Elementy relatywistycznej MK: dynamika spinu – magneton jądrowy, magneton Bohra, spinowy moment magnetyczny, równanie Kleina-Gordona, równanie Diraca dla cząstki swobodnej, oddziaływanie elektromagnetyczne cząstki Diraca.