FY544: Kvantemekanik I

Kurset er identisk med tidligere kursus med titlen FY521 (UVA N500007101). Dette betyder, at hvis du tidligere har aflagt eksamensforsøg i FY521 vil disse forsøg automatisk blive overført til dette nye kursus.

Ved fem tilmeldte eller færre, ønskes kurset afholdt som en studiekreds i stedet.

Kurset kan ikke følges af studerende, der har bestået hele FY521.
Kurset kan ikke følges af studerende, der har bestået 1. del af FY507.

Indholdet af kurserne FT500: Mekanik og Termodynamik, FT501: Matematik og FT504: Elektromagnetisme og optik forudsættes kendt.

Kurset har til formål at give de studerende en grundlæggende forståelse af den kvantemekaniske bølgemekanik og dens fortolkning af forskellige fysiske fænomener, samt at give de studerende indledende træning i matematisk formulering og problemløsning. Kvantemekanikkens fundamentale element af sandsynligheder giver desuden anledning til i kurset at kredse om det videnskabsteoretiske grundlag for opnåelse af viden gennem eksperimentelle observationer og opbygning af hypoteser.

Kurset bygger oven på den viden der er erhvervet i kurserne FT500: Mekanik og Termodynamik, FT501: Matematik og FT504: Elektromagnetisme og optik  og giver et fagligt grundlag for videre studier af kvantefysik, samt at studere bl.a. emnerne faststoffysik og partikelfysik, der er placeret senere i uddannelsen.

I forhold til uddannelsens kompetenceprofil har kurset eksplicit fokus på at:

• give færdigheder i at anvende fysiske metoder og matematiske redskaber til at opstille og løse fysiske modeller
• give grundlæggende viden om og forståelse af kvantemekanik
• evne til at kunne tilegne sig ny viden på en effektiv og selvstændig måde og anvende denne viden reflekterende
• give forståelse af den videnskabsteoretiske baggrund for opnåelse af naturvidenskabelig viden ved et samspil mellem teori og eksperiment

For at opnå kursets formål er det læringsmålet for kurset, at den studerende demonstrerer evnen til at:

• kvalitativt forklare hvorledes bølgefunktionen for en stationær tilstand afhænger af partiklens energi og formen af potentialet
• løse Schrödinger-ligningen for simple en-dimensionale tilfælde, både analytisk og numerisk
• forklare energispektret af den uendelige brønd, den harmoniske oscillator og hydrogenatomet, samt kende til formen af de tilhørende bølgefunktioner
• beregne partiklers reflektions- og transmissionskoefficienter
for spredning i en dimension
• forstå hvordan energibånd fremkommer i endimensionale periodiske potentialer

1. Schrödinger-ligningen
2. Bølgefunktionen og dens sandsynlighedsfortolkning
3. Karakterisering af bølgefunktionerne af de stationære tilstande og deres energier
4. En-dimensionale systemer (potentialer), fx den uendelige og endelige firkantsbrønd, den harmoniske oscillator og den frie partikel
5. Superpositionsprincippet
6. Sfærisk symmetriske systemer
7. Brintatomet
8. Periodiske potentialer
9. Spredning i 1D
10. Tunneleffekt

D. J. Griffiths: Introduction to Quantum Mechanics, 3rd edition, Cambridge.
Se itslearning for pensumlister og yderligere litteraturhenvisninger.

På naturvidenskab er undervisningen tilrettelagt efter trefasemodellen dvs. intro, trænings- og studiefasen.

• Introfase (forelæsning, holdtimer) - Antal timer: 14
• Træningsfase: Antal timer: 28, heraf eksaminatorietimer: 14 og laboratorietimer: 14

Undervisningsformen er bygget op omkring arbejde med opgaver, der er en integreret del af undervisningen. Der afholdes forelæsninger efter behov. Computerøvelser benyttes som en ‘eksperimentel’ tilgang til faget. Hovedvægten er lagt på: en grundlæggende forståelse af principperne, deres anvendelser til praktiske problemer og fortolkning af resultaterne.

Aktiviteter i studiefasen:

• Færdiggørelse af opgaverne fra timerne.
• Studie af noter og lærebog