WS 2003/2004

Theoretische Physik III: Quantentheorie

Dritter Kurs der Reihe "Theoretische Physik".

Wöchentlich 4 Stunden Vorlesung und 4 Stunden Übungen (Theoretikum).
Vorlesung: Dienstag und Freitag 8 - 10 Uhr,
Theoretikum: Donnerstag 8 - 12 Uhr.
Beginn der Vorlesung am 14.Oktober
Beginn des Theoretikums am 16.Oktober

Voraussetzungen:
Kenntnisse aus den Bereichen Atom- und Molekülphysik.
Mathematikkenntnisse auf dem Niveau der Diplom-Vorprüfung.

Prüfungen:
(1) Für den Schein der erfolgreichen Teilnahme (nach Bremer DPO Physik): Aktive Teilnahme am Theoretikum mit Abgabe ausgearbeiteter Aufgaben, Vorrechnen einer Aufgabe und erfolgreiches Abschlussgespräch zum Ende des Semesters.

(2) Der Stoff der Vorlesung ist nach Bremer DPO Physik Prüfungsgegenstand der Diplomprüfung in Theoretischer Physik (zusammen mit der Statistischen Thermodynamik).
 

Inhaltsbeschreibung:

Die Quantentheorie ist die grundlegende Theorie zum Verständnis aller Prozesse in Molekülen, Atomen, Kernen und Elementarteilchen, insbesondere auch der damit verbundenen Absorption und Emission elektromagnetischer Strahlung. Quantentheorie spielt aber auch eine Rolle bei Prozessen in makroskopischer Materie, sie ist eine wesentliche Grundlage der Festkörperphysik und der Physik von Flüssigkeiten; die im vierten Kurs der Theoretischen Physik behandelte "Statistische Thermodynamik" (nachfolgendes SS) wird auf der Quantentheorie aufbauen.

Das Begriffssystem der Quantentheorie unterscheidet sich wesentlich von demjenigen der "klassischen Physik", wie es in den ersten beiden Kursen der Theoretischen Physik, der Klassischen Mechanik und der Elektrodynamik, gelernt wurde. Das notwendige Umdenken zu vollziehen ist die stärkste Anforderung an den Studenten in diesem Semester. Es wird auch schwerpunktmässig eine andere Mathematik benutzt (abstrakte Lineare Algebra), die im Kern ziemlich einfach ist, aber vielleicht etwas ungewohnt. Speziell dieser Mathematik ist die ergänzende Vorlesung "Mathematik zur Quantentheorie" gewidmet, die Herr Noack durchführt (Montag, 10-12 Uhr, Beginn am 20.Oktober). Es wird gemeinsame Übungsaufgaben zu den beiden Veranstaltungen geben.

Literatur:

W.Nolting, Band 5, Teil I (Quantenmechanik, Grundlagen) und Teil 2 (Quantenmechanik, Methoden und Anwendungen), Zimmermann-Neufang, Ulmen,
G.Baym, Lectures on Quantum Mechanics, Benjamin, Reading
 


Vorläufige Inhaltsangabe der "Quantentheorie"

Teil I: Einführung

1. Experimente mit polarisierten Photonen. Quantentheoretische Heuristik

Teil II: Die Postulate der Quantentheorie

2. Zustandsraum
3. Observable. Eigenwertproblem. Mögliche Messwerte
4. Wahrscheinlichkeitsaussagen
5. Zeitevolution

Teil III: Spezielle Quantensysteme
(hauptsächlich Eigenwertprobleme, gelegentlich ein bisschen Zeitevolution)

6. "Bahnbewegung" von Quantenteilchen. Zunächst 1 Teilchen in Raumdimension 1
7. Systemzusammensetzung und Anwendung auf 3-dim. Bewegung eines oder mehrerer Teilchen
8. Drehimpuls
9. Einiges über Symmetrien
10. Identische Teilchen
11. Schrödingersche Störungstheorie

Teil IV: Spezielle Probleme der Zeitevolution

12. Diracsche Störungstheorie
13. Halbklassische Strahlungstheorie

Teil V: Ein Hauch von Quantenfeldtheorie

14. Erzeugungs- und Vernichtungsoperatoren
15. Quantenelektrodynamische Strahlungstheorie