Theoretische Physik 3 (Quantenmechanik)
Theoretical Physics 3 (Quantum Mechanics)

Einleitung
Literatur
1 Wellen und Teilchen
2 Zustände und Messungen, verschränkte Zustände
3 Zeitentwicklung
4 Eindimensionale Potentialprobleme
5 Näherungsverfahren
6 Drehimpuls in der QM, Symmetrie
7 Die Schrödingergleichung im Zentralfeld, Wasserstoffatom
8 Elektron im externen elektromagnetischen Feld, Photo-Effekt, zeitabhängige Störungstheorie
9 Spin, Zwei-Zustands-Systeme
A Mathematische Grundlagen

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul sind die Studierenden in der Lage:
1. die Implikationen der Schrödingergleichung und die Beschreibung von Zuständen durch Wellenfunktionen zu verstehen
2. eindimensionale Potentialprobleme zu lösen und die Lösung zu interpretieren
3. den Bra-Ket-Formalismus anzuwenden
4. das Wasserstoffproblem und andere grundlegende dreidimensionale Probleme zu lösen
5. das Konzept des Spins und das Stern-Gerlach-Experiments zu beschreiben
6. Zwei-Niveau-Probleme zu lösen
7. Aufgaben mit Hilfe von approximativen Methoden zu lösen
8. die Konzepte der Dichtematrix und Quantenverschränkung zu verstehen

PH0005, PH0006, MA9201, MA9202, MA9203, MA9204

für Studierende des Bachelorstudiengangs Naturwissenschaftliche Bildung Mathematik / Physik: PH0005, PH0006, PH0003, MA9937, MA9938, MA9939, MA9940

In der Vorlesung „Theoretische Physik“ werden die Inhalte im Vortrag und durch anschauliche Beispiele sowie durch Diskussion mit den Studierenden vermittelt. Dabei werden die Studierenden auch zur eigenständigen inhaltlichen Auseinandersetzung mit den behandelten Themen sowie zum Studium der zugehörigen Literatur motiviert.

Jeweils passend zu den Vorlesungsinhalten bietet das „Offene Tutorium“ die Gelegenheit zum Selbst- und Gruppenrechnen im Großgruppenformat. Betreut durch mehrere Tutoren werden gemeinsam jene Aspekte des Stoffes wiederholt, die zum Lösen von konkreten Aufgaben gebraucht werden; Lösungsideen, -wege und -strategien werden vorgestellt und gemeinsam erprobt.

In den Übungen lernen die Studierenden in Kleingruppen nicht nur den Lösungsweg nachzuvollziehen, sondern Aufgaben auch selbstständig zu lösen. Hierzu werden Aufgabenblätter angeboten, die die Studierenden zur selbstständigen Kontrolle sowie zur Vertiefung der gelernten Methoden und Konzepte bearbeiten sollen. In den Übungen werden die unter der Woche gerechneten Aufgaben von den Studierenden und einer/m wissenschaftlichen Mitarbeiter(in) an der Tafel vorgerechnet und besprochen. Die Übung bietet auch die Gelegenheit zur Diskussion und weitergehende Erläuterungen zum Vorlesungsstoff und bereitet konkret auf die Prüfungen vor.

Die verschiedenen Lernformate sind eng verzahnt und befinden sich im ständigen Austausch.

Tafelanschrieb bzw. Präsentation
Begleitende Informationen im Internet

D.J. GRIFFITHS, Introduction to Quantum Mechanics, Prentice Hall.
Gutes Einführungsbuch.

F. SCHWABL, Quantenmechanik, Springer.
Mehr Details und gute Darstellung.

J.L. BASDEVANT, J. DALIBARD, Quantum Mechanics, 2005.
Sorgfältige Darstellung, die sowohl mathematische Grundlagen und konzeptionelle Fragen als auch neue Experimente und Anwendungen behandelt.

R. SHANKAR, Principles of Quantum Mechanics, 2011.
Mit Mathematikteil. Recht ausführlich und auch weiterführend.

M. LE BELLAC, Quantum Physics, 2012. Sorgfältige Darstellung, aber auf
recht hohem Niveau; nicht als alleinige Einführung.

J.J. SAKURAI, J.J. NAPOLITANO Modern Quantum Mechanics, 2010.
Eine der ersten Darstellungen, welche die Quantenmechanik über grundlegende Experimente aufbaut. Relativ hohes Niveau.

R.P. FEYNMAN, R.B. LEIGHTON, M. SANDS, Feynman Vorlesungen über Physik III: Quantenmechanik, 1988.
Feynmans unverwechselbarer Stil mit sehr ausführlichen Erklärungen. Vorlesung von 1965. Nicht so systematisch wie andere Bücher.

Es findet eine schriftliche Klausur von 90 Minuten Dauer statt. Darin wird exemplarisch das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe durch Rechenaufgaben und Verständnisfragen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

• Aufstellen und Lösen der Schrödingergleichung für ein Potentialproblem
• Interpretation der physikalischen Bedeutung von gegebenen Wellenfunktionen

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

Auf die Note einer bestandenen Modulprüfung in einer der beiden Prüfungsperioden im Semester der Vorlesung wird ein Bonus (eine Zwischennotenstufe "0,3" besser) gewährt (4,3 wird nicht auf 4,0 aufgewertet), wenn die/der Studierende die Mid-Term-Leistung bestanden hat, diese besteht aus

• dem Erreichen von 60% der Übungspunkte.
• Bei nicht bestandener Prüfung in der ersten Prüfungsperiode entfällt der Bonus in der zweiten.