SI1151 Kvantfysik/Quantum Physics, 6 hp, F3, period 1, 2012

Aktuellt

Nästa kursomgång: Period 1 HT2013

Omtentamen: Tis 8 jan 2013, kl 08:00-13:00, sal FB54-55 lösningar

Tentan är rättad och återfås på fysikexpeditionen. Betyg Fx betyder att det går att komplettera till godkänt betyg E genom att senast 27/2 lämna in fullständiga och noggrant motiverade lösningar på samtliga av uppgifterna 1,2,3 på tentan där full poäng (6p) inte gavs.

Allmän information

  • Kursstart 2012: Fre 24 aug 10:00-12:00. Plats: FD5 i AlbaNova
  • Schema
  • Kurshemsida: http://courses.theophys.kth.se/SI1151
  • Kursformat: 30h föreläsningar, 26h övningar
  • Språk: svenska
  • Aktuell information: anslås på denna sida. Kontrollera regelbundet
  • Tentamen på kursen SI2170: SI2170 tenteras hädanefter tillsammans med SI1151. Laborationer och andra moment i SI1151 behövs inte för att bli godkänd på tentamen för SI2170. För godkänt på kursen SI2170 behövs även godkänt på samtliga övriga obligatoriska moment i den kursen. Kontakta ansvarig lärare för dessa moment vid behov. Det går att anmäla sig till tentamen på SI2170 på mina sidor.
  • Lärare

    Föreläsningar och kursansvar
    Mats Wallin, Rum: AlbaNova A4:1059, Epost: , Tel: 08 5537 8475

    Övningar
    Viveca Lindahl, Epost: vivecal -at- kth.se
    Hannes Meier, Epost: hmeier -at- kth.se

    Lärandemål

    Efter fullgjord kurs skall du kunna:
  • Redogöra för den vetenskapliga grunden inom kvantfysiken.
  • Tillämpa kvantmekanisk formalism på fysikaliska problemställningar.
  • Ha god inblick i viktiga tillämpningar av kvantfysik.
  • Kursinnehåll

    Kvantfysik handlar om fysikaliska fenomen på mikroskopisk skala där klassisk fysik inte fungerar. Kvantmekaniken är grundläggande för modern naturvetenskap och används inom en rad moderna forskningsområden som kondenserade materiens fysik, partikelfysik, kvantelektronik, kvantoptik, kvantinformation, kvantkemi, osv. Kursen ger en inledning till kvantmekanikens grunder, problem, metoder och tillämpningar.

    Kursinnehåll: Introduktion till kvantmekaniken med Stern-Gerlach experiment och tvånivåsystem. Kvantmekanikens grunder och postulat. Bracketnotation. Operatorformalism och kommuteringsrelationer. Ickelokalitet och EPR. Osäkerhetsrelationen. Schrödinger-ekvationen. Bundna och obundna tillstånd. Tunnling. Harmonisk oscillator. Rörelsemängdsmoment. Spinn. Väteatomen. Störningsräkning. Addition av rörelsemängdsmoment. Störningar av väteatomen. Identiska partiklar. Bosoner och fermioner. Pauliprincipen. Periodiska systemet. Valda tillämpningar och demonstrationer. Numeriska lösningsmetoder.

    Förkunskaper

    Kunskaper i fysik och matematik motsvarande Modern fysik SH1009 och Fysikens matematiska metoder SI1140.

    Kursbok

    David Macintyre, Quantum Mechanics (Pearson) International Edition
    Erratum

    Gamla tentor och extra övningsmaterial

  • Tentamen 130108
  • Tentamen 121017
  • Kontrollskrivning 120925
  • Extra övningsmaterial: Övningskompendium med lösta problem och gamla tentamina med lösningar finns på kurshemsidan för den gamla kvantkursen SI2170

    Examination och kurskrav

    1. Skriftlig tentamen. Hjälpmedel på tentamen blir miniräknare, BETA, och teoretisk fysiks formelsamling (ta med eget exemplar).
    Maxpoäng på tentamen=30. Betygsgränser: A=27, B=24, C=21, D=18, E=15, Fx=11, F=0-10.
    Komplettering: Möjlighet finns att komplettera från betyg Fx till betyg E genom att lämna in fullständig lösning på de av tal 1-3 på tentamen som du inte hade 6p på. Eposta lösningar till mig så snart som möjligt (senast inom inom 6 veckor).

    2. En kontrollskrivning ges efter halva kursen som ger 6 bonuspoäng på tentamen.

    3. Laboration: Deltagande i laborationerna är obligatoriskt. För godkänt moment krävs 1. deltagande vid laborationen, och 2. individuell rapport (1-2 sidor beskrivning av experiment och resultat, handkriven men läsbar duger bra) som lämnas in senast veckan efter genomförandet. Rapporterna man mailas till Elias Amselem amselem -at- fysik.su.se eller lämnas i hans brevfack vid receptionen på plan 5 i AlbaNova. Om man deltagit och lämnat in rapporten så blir man godkänd.

    Föreläsningar, läsanvisning, sammanfattning

  • Repetition av kursen
  • Sammanfattning
  • 1. Kap 1: Stern-Gerlach experiment. Läs hela. Studera hur tillståndsvektorerna införs och hur superpositioner av tillstånd uppstår.
    2. Kap 2: Operatorer och mätningar. Läs hela. Mätningar spelar en central roll i kvantmekaniken (till skillnad från klassisk fysik) och motsvaras av operatorer. Studera hur spinnoperatorerna konstrueras.
    3. Kap 3: Tidsberoende. Läs 3.1-2 och 3.4. Det är centralt att tidsberoende kommer in via superposition av stationära tillstånd.
    4. Kap 4: EPR. Läses kursivt. Orientering om aktuella forskningsproblem.
    5. Kap 5: Bundna tillstånd. Läs 5.1-7. Partikeln i oändlig potentialbrunn är ett central problem i kvantmekaniken och visar hur en enkel modell kan leda långt i förutsägelsekraft tex i analys av kvantprickar som är en sorts nanostrukturer. Lär dig att räkna på detta!
    6. Kap 6: Obundna tillstånd. Läs hela. Tunnling är det viktigaste i kapitlet. Läs detta noga.
    7. Kap 7: Rörelsemängdsmoment. Läs hela. Separation av variabler är viktigt och leder till samtidiga vågfunktioner.
    8. Kap 8: Väteatomen. Läs hela. Detaljerna i serielösningen är inte det viktigaste, utan att förstå vad lösningen säger och att kunna räkna enkla problem med vätevågfunktioner. Härledning av rekursionsformeln för vätevågfunktionerna.
    9. Kap 9: Harmoniska oscillatorn. Läs fram till strecket på sid 302, men hoppa över 9.5 och 9.6 (läs dock exempel 9.3). Harmoniska oscillatorn är en prototypmodell för bunden rörelse och används i många olika sammanhang. Räkneteknik med stegoperatorer är viktigt och återkommer bl.a. i avancerade kurser (bl.a. kvantfältteori och fasta tillståndets teori).
    10. Kap 10: Störningsteori. Läs 10.3-10.5. Det viktigaste i detta kapitel är att förstå exemplena och att träna på problemlösning.
    11. Kap 11: Hyperfinstruktur och koppling av rörelsemängdsmoment. Läs 11.1-3, 11.5-6
    12. Kap 12: Störningar av väteatomen: Läs sid 393-401. Härledning av Zeeman-splittring av energinivåer i väte.
    13. Kap 13: Identiska partiklar. Läs 410-430 samt 13.5

    Övningar

    Rekommenderade uppgifter ur boken som löses på övningarna ges nedan. För att övningarna ska bli maximalt effektiva ska man försöka med talen själv innan övningen. Lösningar finns att ladda ner nedan.

    Kap 1: 1.1 1.2 1.5 1.6 1.11 1.13 1.16
    Kap 2: 2.1 2.2 2.5 2.9 2.12 2.18 2.22
    Kap 3: 3.5 3.6 3.9 3.13 3.14 3.16
    Kap 5: 5.2 5.5 5.9 5.18 5.21 5.24 5.30
    Kap 6: 6.16 6.21 6.24 6.27 6.29 6.33 6.34
    Kap 7: 7.7 7.8 7.14 7.15 7.24 7.25
    Kap 8: 8.4 8.6 8.7 8.8 8.11 8.14
    Kap 9: 9.4 9.7 9.11 9.14 9.16 9.17
    Kap 10: 10.7 10.8 10.10 10.13 10.14 10.15 10.18
    Kap 11: 11.12 11.15 11.18
    Kap 12: 12.6 12.7
    Kap 13: 13.7 13.8


    Mats Wallin