Experimentalphysk III: Atom- und Quantenphysik

Prof. Dr. Karl-Heinz Kampert

Die Vorlesung und Übung (V4Ü1).

WUSEL-Eintrag der Vorlesung.

WUSEL-Eintrag der Übung. Bitte die Übungen belegen!

Termin Vorlesung:

Di. 8:30-10:00, F.13.11 (Beginn am 18.10.2016)

Fr. 8:30-10:00, HS 04

Termin Übung:

Do. 12:15-13:00, F.13.15 (Beginn 20.10.2016)

Kontakt: Sonja Schröder, F.11.03, 3736.

Übungsaufgaben: Ü01 , Ü02 , Ü03, Ü04, Ü05, Ü06, Ü07, Ü08, Ü09, Ü10, Ü11, Ü12, Ü13, Ü14

Inhalt:

1. Einführung (VL1)

2. Experimentelle Grundlagen der AtomphysikMasse und Größe der Atome (VL2)

• Innere Struktur der Atome
• Rutherfordstreuung (VL3)
• Das Photon
• Schwarzkörperstrahlung
• Photoeffekt (VL4, Tafelschrieb)
• Thomson- und Rayleigh-Streeung
• Compton-Streuung
• Elektronen als Welle (VL5, Tafelschrieb)
• Elektronen- und Ionenoptik

3. Elemente der Quantenmechanik (VL6)

• Wellenpakete
• Heisenbergsche Unschärferelation
• Konsequenzen aus der Unschärferelation (VL7, Tafelschrieb)

4. Die Quantenstruktur der Atome

• Borsche Postulate
• Rydberg-Atome
• Weitere ungewöhnliche Atome (VL8)
• Sommerfeld-Erweiterung

5. Elemente der Quantenmechanik

• Konzept der Wahrscheinlichkeitsdichten
• Schrödinger-Gleichung
• Operatoren & Erwartungswerte, Eigenwerte & Eigenfunktionen
• Teilchen im Kastenpotential (VL9)
• Teilchen im Potential eines harmonischen Oszllators (VL10)
• Teilchen an einer Potentialstufe (VL11, Tafelschrieb)

6. Das Wasserstoffatom

• Näherung mit einem Kastenpotential (1-dim und 3-dimensional)
• Lösung der Schrödinger-Gleichung: Winkelanteil (VL12)
• Lösung der Schrödinger-Gleichung: Radialanteil (VL13, Tafelschrieb)
• Energiezustände und Entartung von Zuständen
• QM Erwartungswerte und Vertauschbarkeit von Operatoren (VL14)
• Drehimpulse in der QM
• Vertauschungsrelationen für Drehimpulse (VL15, Tafelschrieb)
• Alkaliatome
• Magnetische Momente Stern-Gerlach Experiment (VL16)
• Spin-Bahn Kopplung und Feinstruktur-Aufspaltung
• Kernspin und Hyperfeinstruktur-Aufspaltung (VL17, Tafelschrieb)
• Lamb-Verschiebung (VL18)

7. Atome in elektrischen und magnetischen Felder

• Normaler and Anomaler Zeeman-Effekt (VL19)
• Stark-Effekt (VL20, Tafelschrieb)
• Elektronen- und Kernspin-Resonanz

8. Spin-Funktionen und Aspekte der relativistischen QM

• Spin-Operatorem und -Funktionen als Zwei-Niveau System (VL21)
• Klein-Gordon Gleichung
• Dirac-Gleichung
• Löchertheorie und Stückelberg-Feynman Deutung (VL22, Tafelschrieb)

9. Mehrelektronensysteme

• Das Helium-Atom
• Mehrelektronensysteme (VL23)
• Das Periodensystem der Elemente
• Addition von Drehimpulsen
• Hartree-Fock Verfahren
• Röntgenstrahlung (VL24, Tafelschrieb)
• Laser und Bsp. von Anwendungen (VL25)
• Bose-Einstein Kondensat
• MASER (VL26, Tafelschrieb)

10. Molekülphysik

• Das H2+ Ion
• Linear Combination of Atomic Orbitals (LCAO) (VL27)
• Das H2-Molekül
• Chemische Bindung
• Born-Oppenheimer Näherung (VL28. Tafelschrieb)
• Rotations- und Schwingungszustände
• Franck-Condon Prinzip
• Hybridisierung
• Raman-Effekt

Literatur:

H. Haken, H.C. Wolf

Atom- und Quantenphysik

Springer

T. Mayer-Kuckuk

Atomphysik

Teubner

W. Demtröder

Experimentalphysik 3

Springer

D. Halliday et al.

Physik

Wiley-CH

Ergebnisse der Vorlesung- und Übungsumfrage im Vergleich:

Vorlesung / Übung