Module Handbook

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Module PHY-G3-M-2

Fundamentals of quantum physics (M, 18.0 LP)

Module Identification

Module Number Module Name CP (Effort)
PHY-G3-M-2 Fundamentals of quantum physics 18.0 CP (540 h)

Basedata

CP, Effort 18.0 CP = 540 h
Position of the semester 2 Sem. from WiSe
Level [2] Bachelor (Fundamentals)
Language [DE] German
Module Manager
Urbassek, Herbert M., Prof. Dr. (PROF | DEPT: PHY)
Lecturers
The Lecturers of the department Physics
Area of study [PHY-PHY] Physics
Reference course of study [PHY-82.128-SG] B.Sc. Physics
Livecycle-State [NORM] Active

Courses

Type/SWS Course Number Title Choice in
Module-Part 		Presence-Time /
Self-Study 		SL SL is
required for exa. 		PL CP Sem.
4V+2U PHY-PFEP-026-K-2
Experimental quantum physics
P 84 h 186 h
U-Schein
ja PL1 9.0 WiSe
4V+2U PHY-PFTP-030-K-2
Quantum theory I
P 84 h 186 h
U-Schein
ja PL1 9.0 SuSe
  • About [PHY-PFEP-026-K-2]: Title: "Experimental quantum physics"; Presence-Time: 84 h; Self-Study: 186 h
  • About [PHY-PFEP-026-K-2]: The study achievement "[U-Schein] proof of successful participation in the exercise classes (ungraded)" must be obtained.
    • It is a prerequisite for the examination for PL1.
  • About [PHY-PFTP-030-K-2]: Title: "Quantum theory I"; Presence-Time: 84 h; Self-Study: 186 h
  • About [PHY-PFTP-030-K-2]: The study achievement "[U-Schein] proof of successful participation in the exercise classes (ungraded)" must be obtained.
    • It is a prerequisite for the examination for PL1.

Study achievement SL1

  • Verification of study performance: proof of successful participation in the exercise classes (incl. written examination)
  • Study achievement is a prerequisite for the examination.
  • Examination number (Study achievement): 57130 ("Fundamentals of quantum physics")
    Übungsscheine zu [PHY-PFEP-026-K-2] "Experimental quantum physics" und [PHY-PFTP-030-K-2] "Quantum theory I" (durch aktive Teilnahme an den Übungen, erfolgreiches Bearbeiten von Hausaufgaben). Davon einer als qualifizierter Übungsschein wahlweise in [PHY-PFEP-026-K-2] "Experimental quantum physics" oder [PHY-PFTP-030-K-2] "Quantum theory I" (zusätzlich durch Bestehen der Abschlussklausur zu den Übungen).

Examination achievement PL1

  • Form of examination: oral examination (45-60 Min.)
  • Examination Frequency: irregular (by arrangement)

Evaluation of grades

The grade of the module examination is also the module grade.


Contents

From [PHY-PFEP-026-K-2] Experimental quantum physics:
  • Eigenschaften von Atomen: Größe, Ladung, Masse, innere Struktur
  • Wechselwirkung Licht mit Materie: Strahlungsgesetze, Photoeffekt, Compton-Effekt, Thomson- und Rayleigh-Streuung
  • Materiewellen: de Broglie Wellenlänge, Teilchenbeugung, Wellenpakete, Unschärfe-Beziehung, Interferometrie
  • Atomphysik: Spektrallinien, Bahndrehimpuls, magnetisches Moment, Spin-Bahn-Wechselwirkung, Einelektronensysteme, optische Übergänge, Absorption und Emission von Licht, Auswahlregeln, Mehrelektronensysteme
From [PHY-PFTP-030-K-2] Quantum theory I:
  • Hilbert-Raum, Operatoren, Eigenfunktionen, Zustand (Zustandsvektor und statistischer Operator), Observable und Korrespondenzprinzip, Unschärferelationen
  • Messung in der Quantenmechanik, Ortsdarstellung und Impulsdarstellung
  • verschränkte Zustände, Bell-Ungleichungen
  • Hamilton-Operator und Schrödingergleichung: Eindimensionale Probleme, harmonischer Oszillator, Potentialtopf, Bewegung im Zentralpotential, H-Atom
  • Drehimpulsalgebra, Bahndrehimpuls und Spin, Störungstheorie, Zeeman-Effekt, Stark-Effekt, identische Teilchen, He-Atom

Competencies / intended learning achievements

Die Studierenden erwerben Kenntnisse und Verständnis der grundlegenden Begriffe, Konzepte und Phänomene der Atom- und Quantenphysik. Die umfasst auch grundlegende Kenntnisse in der theoretischen Modellierung von quantenphysikalischen Problemen. Sie erwerben Kompetenz zur selbständigen Bearbeitung von Problemstellungen in den genannten Themenbereichen.

Literature

From [PHY-PFEP-026-K-2] Experimental quantum physics:
  • Demtröder: Experimentalphysik 3, Atome, Moleküle, Festkörper; Springer
  • Haken, Wolf: Atom- und Quantenphysik, Springer
  • Mayer-Kuckuk: Atomphysik, Teubner
  • Otter, Honecker: Atome-Moleküle-Kerne, Band I: Atomphysik, Teubner
  • Alonso-Finn: Physik III, Inter. European Editions
  • Bethge, Gruber: Physik der Atome und Moleküle, VCH
From [PHY-PFTP-030-K-2] Quantum theory I:
  • Shankar: Principles of Quantum Mechanics, Plenum Press
  • Sakurai: Modern Quantum Mechanics, Addison Wesley
  • Messiah: Quantenmechanik, de Gruyter
  • Müller: Quantenmechanik, Oldenbourg

Materials

Current information and materials accompanying the course will be announced in the lecture or on the website of the course.

Registration

Registration for the exercises is required. Details will be announced during the first lecture.

Requirements for attendance of the module (informal)

Modules:

Requirements for attendance of the module (formal)

None

References to Module / Module Number [PHY-G3-M-2]

Course of Study Section Choice/Obligation
[PHY-82.128-SG] B.Sc. Physics [Fundamentals] Grundmodule [P] Compulsory
[MAT-88.105-SG] M.Sc. Mathematics [Subsidiary Topic] Subsidiary Topic (Minor) [WP] Compulsory Elective
[MAT-88.118-SG] M.Sc. Industrial Mathematics [Subsidiary Topic] Subsidiary Topic (Minor) [WP] Compulsory Elective