PMP200: Napredna kvantna fizika (251483)

 6 
ECTS
30 P + 15 S + 30 A
10% primjene e-učenja
Odjel za fiziku (Sceduly)
Nositelji: Leandra Vranješ Markić
Suradnici: Josipa Šćurla
Ciljevi predmeta
Proširiti sposobnost studenata u primjeni osnovnog formalizma kvantne mehanike na razumijevanje i predviđanje ponašanja fizikalnih sustava za koje se Schrodingerova jednadžba ne može analitički riješiti, kao što su višeelektronski atomi.
Razumijevanje i primjena računa smetnje, rješavanje problema raspršenja.
Upoznati studente s konceptima koji će im omogućiti praćenje novih rezultata vezanih uz interpretaciju i moderne primjene kvantne mehanike.
Uvjeti (kompetencije) za upis predmeta
Znanje osnovnih koncepata kvantne mehanike te sposobnost primjene na jednostavne probleme i vodikov atom.
Očekivani ishodi učenja
Nakon položenog predmeta student bi trebao moći:
1. Odabrati pogodnu metodu (vremenski-neovisan račun smetnje, varijacijska metoda, WKB metoda) za aproksimativno određivanje stacionarnih stanja te ocijeniti granice valjanosti dobivenih rješenja.
2. Raspraviti slike kvantne fizike (Schrodingerova, Heisenbergova i Diracova).
3. Analizirati teoriju vremenski ovisnog računa smetnje i primijeniti u primjerima s važnim vremenski-promjenjivim potencijalima (konstanta u vremenskom intervalu, harmonijska promjena, te brza i sporo promjenjiva smetnja).
4. Objasniti kvantizaciju elektromagnetskog polja i osnove kvantne optike, te primijeniti u jednostavnim primjerima.
5. Raspraviti glavne koncepte kvantne teorije raspršenja i važnih aproksimacija, te primijeniti u primjerima raspršenja čestica bez spina.
6. Raspraviti koncepte identičnih čestica, simetriju valne funkcije u odnosu izmjenu čestica, vezu spina čestice i kvantne statistike, te uloge statistike, posebno u periodnom sustavu elemenata.
7. Odabrati pogodnu metodu za aproksimativno određivanje stanja višečestičnih sustava te ocijeniti granice valjanosti dobivenih rješenja (Hartree-Fock, varijacijska metoda, molekularna dinamika).
8. Primijeniti metode kvantne fizike kod opisa važnih višečestičnih sustava, atoma i molekula (atomi helija, ioni molekule vodika).
9. Objasniti kvantnu spregnutost i probleme mjerenja te suvremene primjene kvantne mehanike (kvantno računanje, kvantna teleportacija i kvantna
kriptografija).
Sadržaj predmeta
1. Zbrajanje angularnih momenata. 7 sati
2. Vremenski neovisan račun smetnje, nedegenerirana i degenerirana stanja. 8 sati
3. Primjene računa smetnje: Zeemanov efekt, Starkov efekt. Fina i hiperfina struktura. 8 sati
4. Varijacijski princip. Primjena na atom helija. 4 sata
5. WKB metoda 6 sati
6. Slike kvantne mehanike. Vremenski ovisan račun smetnje i primjena. 8 sati
7. Kvantizacija elektromagnetskog polja i izborna pravila za elektromagnetsko zračenje. 6 sati
8. Teorija raspršenja. Bornova aproksimacija. Metoda parcijalnih valova 8 sati
9. Višečestična Schrodingerova jednadžba. Valna funkcija identičnih čestica. 5 sata
10. Višelektronski atomi. Atom helija. Periodni sustav elemenata. 5 sati
11. Ion i Molekula vodika. Molekulski spektri. 4 sata
12. Kvantna spregnutost. EPR argument. Bellove nejednakosti. Schrodingerova mačka. 3 sata
13. Kvantna teleportacija. Kvantna kriptografija. Elementi kvantne teorije računanja. 3 sata
Vrste izvođenja nastave
- Predavanja
- Seminari
- Vježbe
Obveze studenata
Aktivno sudjelovanje na nastavi.
Praćenje rada studenata (ECTS)
- Pohađanje nastave (2.5)
- Independent work (3.5)
Ocjenjivanje i vrjednovanje rada studenata
Pismeni ispit (ili kolokviji), održan seminar te usmeni.
Obvezna literatura
N. Zettili, „Quantum mechanics : concepts and applications“ Različite web stranice s riješenim primjerima iz kvantne mehanike Popularni i znanstveni članci te prezentacije s predavanja (kvantna spregnutnost, kvantna kriptografija, teleportacija, kvantno računanje)
Izborna literatura
1. R. Scherrer „Quantum mechanics: An Accessible Introduction“
2. R. L. Liboff, „Introductory Quantum Mechanics“
3. Auletta, Genaro, Parisi, “QuantumMechanics”
4. D. J. Griffits, “Introduction to QuantumMechanics”
Načini praćenja kvalitete
Praćenje uspjeha na kolokvijima i ispitu. Anketa.
Izvedba
Sveučilišni diplomski studij
 •  Fizika; smjer: Nastavnički (obvezni 1. sem.)
 •  Fizika; smjer: Astrofizika i fizika elementarnih čestica (obvezni 1. sem.)
 •  Fizika; smjer: Biofizika (obvezni 1. sem.)
 •  Fizika; smjer: Fizika okoliša (obvezni 1. sem.)
 •  Fizika; smjer: Računarska fizika (obvezni 1. sem.)
 •  Fizika i informatika; smjer: nastavnički (obvezni 1. sem.)
 •  Matematika i fizika; smjer: nastavnički (obvezni 1. sem.)
 
Napomene:
Vrste nastave (tip): (P) Predavanja; (S) Seminari; (A) Auditorne vježbe; (PK) Vježbe u praktikumu; (L) Laboratorijske vježbe; (M) Metodičke vježbe; (TJ) Vježbe tjelesnog odgoja; (T) Terenske vježbe.
Prije početka nastave moguće su rošade izvođača nastave u svrhu optimizacije opterećenja. Prikazana je testna verzija automatskog generiranja informacija.