Phy141 Physik IV / Moderne Physik II

Inhalt der Vorlesung:

Dieses Modul gibt eine Vertiefung in die experimentellen Grundlagen der modernen Physik, also insbesondere der Quantenmechanik und der Atomphysik. Es ist eine Fortsetzung von PHY131 Physik III, das eine Einführung in experimentelle Grundlagen von Quantenmechanik und Relativitätstheorie umfasst.

Das Modul besteht aus einer Vorlesung (4 Lektionen in ungeraden Wochen, 2 Lektionen in geraden Wochen), sowie Übungen alle zwei Wochen alternierend mit der Vorlesung. Als separates Praktikum gibt es ab FS20 das Modul PHY132 als zweiwöchigen Blockkurs in der vorlesungsfreien Zeit im Juni. Das Modul wird mit einer mündlichen Prüfung Anfang Juni abgeschlossen und ergibt im Total 5 ECTS.

Lernziele: Am Ende der Veranstaltung sollten Studierende folgende Fähigkeiten erworben haben:

1. Ursprünge des normalen und anomalen Zeeman Effekts kennen

2. Eigenschaften von Drehimpulsen und Spins in der Quantenmechanik verstehen

3. Den Ursprung des Periodensystems aus der Atomphysik herleiten können

4. Prinzipien des Lasers verstehen und anwenden.

5. Verschränkte Zustände und deren Eigenschaften beschreiben können

 

Leistungsnachweis:

- genügende Note in der Schlussprüfung. Zusätzlich 60 % der Übungen sinnvoll bearbeitet

 

Literatur:

Die in der Vorlesung gezeigten Folien sind unten verfügbar.

Weitere Literatur:

- Demtröder, Experimentalphysik 3, Springer

- Feynman lectures Band 3, Addison-Wesley

- Mayer-Kuckuck, Atomphysik, Täubner 

- Tipler, moderne Physik

- Haken, Wolf, Atom- und Quantenphysik

- McMurry, Quantum Mechanics, Prentice Hall

- Skript zu den Vorlesungen Physik III und IV (PDF, 10 MB) (überarbeitet Mai 2021)

Die Skripte enthalten neben dem Vorlesungsstoff Physik III/IV noch Hintergrundinformationen und Kapitel die nicht behandelt wurden. Diese sind manchmal gekennzeichnet, aber nicht immer. Für die Prüfungen relevant sind die  Vorlesungsmitschriften.

 

Vorläufiger Plan Inhalt (in Semesterwochen):

Wochen 1/2: Drehimpuls und magnetische Momente; Spin; Stern-Gerlach Experiment; Spin-Bahn Kopplung; 

Wochen 3/4: Feinstruktur; relativistische Korrekturen; Zeeman-Effekt; Hyperfeinstruktur; Lamb-Shift

Wochen 5/6: Coulomb-Wechselwirkung, Heliumatom; Abschirmung; Systeme identischer Teilchen (Fermionen und Bosonen); Pauli-Prinzip, Austauschaufspaltung

Wochen 7/8: Drehimpulskopplung, Hund’sche Regeln, Höhere Atome, Periodensystem; kovalente Bindung; Moleküle

Wochen 9/10:Optische Übergänge; Prinzipien des Lasers; 

Wochen 11/12: Überlagerung von Zuständen und Oszillationen; NMR; Supraleitung

Wochen 13/14: Polarisation; Verschränkte Systeme; Bell’sche Ungleichungen

Aktualisierter Plan als PDF mit Daten (PDF, 18 KB)(Stand 28.4.21)

 

In der Vorlesung gezeigte Powerpoint Folien: 

Kapitel 1 (PDF, 4 MB)(Version 01.03.21)

Kapitel Helium CoulombWw und Abschirmung (PDF, 848 KB)

Kapitel Fermionen, Bosonen, Austausch-Integral (PDF, 4 MB) (14.04.21)

Kapitel Drehimpulskopplung, Hundsche Regeln, Periodensystem (PDF, 6 MB) (14.04.21)

Kapitel Molekülbindungen (PDF, 2 MB)

Kapitel Optische Übergänge und Laser (PDF, 2 MB)

Kapitel Zustandsoszillationen und Kernspinresonanz (PDF, 3 MB) (Version 29.04.21)

Kapitel Verschränkung (PDF, 57 MB) (Version 03.02.21)

 

Podcasts der Vorlesungen finden Sie hier

Notizen aus der Vorlesung

Woche 1 Stunden 1 und 2 (PDF, 1 MB)

Woche 1 Stunden 3 und 4 (PDF, 1 MB)

Woche 2 Stunden 1 und 2 (PDF, 836 KB)

Woche 3 Stunden 1 und 2 (PDF, 1 MB)

Woche 3 Stunden 3 und 4 (PDF, 1 MB)

Woche 4 Stunden 1 und 2 (PDF, 553 KB)

Woche 5 Stunden 1 und 2 (PDF, 6 MB)

Woche 5 Stunden 3 und 4 (PDF, 7 MB)     Repetition (PDF, 1 MB)

Woche 6 Stunden 1 und 2 (PDF, 8 MB)      Repetition (PDF, 1 MB)

Woche 7 Stunden 1 und 2 (PDF, 3 MB)  (Korrektur im Coulomb-Integral 12.4.)

Woche 7 Stunden 3 und 4 (PDF, 1 MB)

Woche 8 Stunden 1 und 2 (PDF, 8 MB)

Woche 9 Stunden 1 und 2 (PDF, 8 MB)

Woche 10 Stunden 1 und 2 (PDF, 6 MB)   Repetition (PDF, 3 MB)

Woche 10 Stunden 3 und 4 (PDF, 8 MB)   Repetition (PDF, 1 MB)

Woche 11 Stunden 1 und 2 (PDF, 1 MB)

Woche 12 Stunden 1 und 2  (PDF, 156 KB)

Woche 12 Stunden 3 und 4 (PDF, 1 MB)

Woche 14 Stunden 1 und 2 (PDF, 318 KB)

 

Übungen:  erste Übungsstunde 03.03.21

Übungsblätter (Lösungen per e-Mail an Assistierende; Frist: Montag vorher Mitternacht)

Gruppeneinteilung für die Abgabe der Übungen (PDF, 21 KB)

Näherungen von irrationalen Zahlen und Naturkonstanten (PDF, 78 KB)

Lösungen der Übungsblätter

Praktikum

Informationen zum Praktikum finden Sie hier.