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. Molekülbindungen aus der Quantenmechanik verstehen können

5. optische Übergänge quantenmechanisch beschreiben

6. Prinzipien des Lasers verstehen und anwenden.

7. Die Prinzipien der Kernspin-Resonanz verstehen und anwenden

8. Supraleitung als makroskopisches Quantenphänomen verstehen

9. Verschränkte Zustände und deren Eigenschaften beschreiben können

10. Den Kollaps der Wellenfunktion und verschiedene Interpretationen der Quantenmechanik beschreiben

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:Überlagerung von Zuständen; Optische Übergänge;

Wochen 11/12: Prinzipien des Lasers und Masers; NMR; Supraleitung

Wochen 13/14: Polarisation; Verschränkte Systeme; Bell’sche Ungleichungen, Interpretationen der Quantenmechanik

In der Vorlesung gezeigte Powerpoint Folien:

Kapitel Atomphysik/Zeemann (PDF, 13 MB) (Version 06.01.2025)

Kapitel Periodensystem und Moleküle (PDF, 2 MB) (Version 06.01.2025)

Kapitel Zustandsoszillationen, Laser und Kernspinresonanz (PDF, 7 MB) (Version 06.01.2025)

Kapitel Verschränkung (PDF, 1022 KB) (Version 06.01.25)

Podcasts der Vorlesungen finden Sie hier (aus dem FS21) und hier aus dem FS25

Notizen aus der Vorlesung

Übungsblätter