Theoretical Physics V (Advanced Concepts of Quantum Physics)

Giovanna Morigi mit Oxana Mishina, Susanne Blum, Stefan Schütz, Ralf Betzholz und Jens Baltrusch

Vorlesung

Montag 14:15 - 15:45 Uhr,
Gebäude E2 6, Raum E.04
Dienstag 12:30 - 14:00 Uhr,
Gebäude E2 6, Raum E.04

Ausfall der Vorlesungen am 24./25. Juni sowie am 22./23. Juli.
Die ausgefallenen Stunden werden durch längere Vorlesungsstunden kompensiert.

Am 25.Juni gibt es anstelle der Vorlesung eine Fragestunde zu den Übungen, bei der alle Tutoren anwesend sind. Fragen können gerne schon zuvor persönlich oder per Email an die Tutoren gestellt werden.

Klausuren

Achtung: Raumänderung!

1. Klausur: 06.August, 9:30-12:30 Uhr, Gebäude E2 5, HS III
2. Klausur: 24.September, 9:30-12:30 Uhr, Gebäude E2 5, HS III

Übungen

Übungsgruppen

Montag, 10:15 - 12:00 Uhr,
Gebäude E2 6, Raum E.04
Stefan Schütz
Donnerstag, 14:15 - 16:00 Uhr,
Gebäude E2 6, Raum 2.21
Susanne Blum

Einteilung der Übungsgruppen als pdf-Datei

Tutorium

Montag, 12:15 - 14:00 Uhr,
Gebäude E2 6, Raum E.04
Ralf Betzholz

Übungsblätter

Blatt 1 (Ausgabe 16.04.2013, Besprechung 22./25.04.2013)
Blatt 2 (Ausgabe 23.04.2013, Besprechung 29.04./02.05.2013)
Blatt 3 (Ausgabe 30.04.2013, Besprechung 06.05./09.05.2013)
Blatt 4 (Ausgabe 03.05.2013, Besprechung 13.05./23.05.2013)
Blatt 5 (Ausgabe 13.05.2013, Besprechung 27.05./23.05.2013)
Blatt 6 (Ausgabe 23.05.2013, Besprechung 03.06./06.06.2013)
Blatt 7 (Ausgabe 31.05.2013, Besprechung 10.06./13.06.2013)
Blatt 8 (Ausgabe 07.06.2013, Besprechung 17.06./20.06.2013)
Blatt 9 (Ausgabe 21.06.2013, Besprechung 01.07./04.07.2013)
Blatt 10 (Ausgabe 05.07.2013, Besprechung 08. und 15.07./11.07.2013)
Blatt 11 (Ausgabe 11.07.2013, Besprechung 15./18. und 22./25.07.2013)

Inhalt der Vorlesung

Kap. 1: Kurze Zusammenfassung wichtiger Konzepte und Methoden der Quantenmechanik (TP3)

1.0 Kurze Zusammenfassung wichtiger Konzepte der Quantenmechanik
1.1 Der Ortsoperator
1.2 Der Impulsoperator
1.3 Zeitentwicklung: Die Schrödinger-Gleichung
1.4 Die Schrödinger-Gleichung in Ortsdarstellung (Wasserstoff Atom)
1.5 Der harmonische Oszillator
1.6 Störungstheorie: Dyson-Reihe; Übergangsamplitude in 1. und 2. Ordnung.

Literatur zu Kap. 1

C. Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Laloë, “Quantenmechanik: Teil 1” & “Quantenmechanik: Teil 2” (2.Ausgabe, Walter de Gruyter, 1999)
J. J. Sakurai “Modern Quantum Mechanics” (rev. Ed., Prentice Hall, 1993)
J. Schwinger, “Quantum Mechanics” (Springer, 2001)
für Kapitel 1.6: C. Cohen-Tannoudji, J. Dupont-Roc, G. Grynberg “Atom-Photon Interactions” (Wiley 1998), Kap. 1.

Kap. 2: Klassische Felder

2.1 Diskrete und kontinuierliche mechanische Systeme
2.2 Klassische skalare Felder
2.3 Klassische Maxwell-Felder

Literatur zu Kap. 2

J. J. Sakurai “Advanced Quantum Mechanics” (Pearson Education, 2006)

Kap. 3: Das elektromagnetische Feld im Vakuum

3.1 Das klassische elektromagnetische Feld
3.2 Das elektromagnetische Feld im Vakuum als Summe harmonischer Oszillatoren
3.3 Das quantisierte elektromagnetische Feld: Hamilton-Operator
3.4 Das quantisierte elektromagnetische Feld: Die Felder
3.5 Photonen
3.6 Wellen vs Teilchen – Das klassische elektromagnetische Feld als Limes des quantenmechanischen elektromagnetischen Feldes

Literatur zu Kapitel 3

W. Heitler, “The Quantum Theory of Radiation” (3rd ed.,Courier Dover Publications)
J. J. Sakurai “Advanced Quantum Mechanics” (Pearson Education, 2006)

Kap. 4: Ladungen und Felder: Beschreibung der Wechselwirkung

4.1 Klassische Lagrangefunktion für Ladungen und Felder
4.2 Hamilton’sche Funktion: Minimal Coupling
4.3 Elektrodynamik in der Coulomb-Eichung
4.4 Hamilton-Funktion eines relativistischen Teilchens

Literatur zu Kapitel 4

W. Heitler, “The Quantum Theory of Radiation” (3rd ed.,Courier Dover Publications)
J. J. Sakurai “Advanced Quantum Mechanics” (Pearson Education, 2006)

Kap. 5: Die Dirac-Gleichung

5.1 Präambel
5.2 Die Klein-Gordon-Gleichung
5.3 Die Dirac-Gleichung
5.4 Dirac-Spinoren
5.5 Dirac-Beschreibung eines freien Teilchens
5.6 Kovarianz der Dirac-Gleichung
5.7 Bahn eines freien Elektrons: Zitterbewegung
5.8 Klein’s Paradoxon
5.9 Dirac’sche Löchertheorie

Literatur zu Kapitel 5

J. J. Sakurai “Advanced Quantum Mechanics” (Pearson Education, 2006)
V.B. Berestetskii, E.M. Lifshitz, L.P. Pitaevskii, Course of Theoretical Physics Vol. 4 - Quantum Electrodynamics. (2nd ed.). (Butterworth-Heinemann, 1982)
Deutsche Ausgabe Lehrbuch der theoretischen Physik, Bd.4, Quantenelektrodynamik (ber. Aufl.) (Harri Deutsch, 1991) [= Landau-Lifschitz Band 4]

Kap. 6: Freie Quantenfelder

6.1 Bosonen
6.2 Ferionen: Dirac-Felder

Literatur zu Kapitel 6

J. J. Sakurai “Advanced Quantum Mechanics” (Pearson Education, 2006)
V.B. Berestetskii, E.M. Lifshitz, L.P. Pitaevskii, Course of Theoretical Physics Vol. 4 - Quantum Electrodynamics. (2nd ed.). (Butterworth-Heinemann, 1982)
Deutsche Ausgabe Lehrbuch der theoretischen Physik, Bd.4, Quantenelektrodynamik (ber. Aufl.) (Harri Deutsch, 1991) [= Landau-Lifschitz Band 4]

Kap. 7 Wechselwirkung zwischen Photonen und Materie

7.1 Einleitung: Nicht-relativistischer Limes. Störungstheorie
7.2 Atom-Photon-Wechselwirkung (nicht-relativistisch) – Einige Prozesse
7.2.1 Wechselwirkung eines Atoms mit einer Mode des elektromagnetischen Feldes
7.2.2 Spontane Emission: Fermis Goldene Regel
7.2.3 Die Lamb-Verschiebung (nicht-relativistisch)
7.3 Streuprozesse
7.3.1 Rayleigh-Streuung (nicht-relativistisch)
7.3.2 Thomson-Streuung

Literatur zu Kapitel 7

J. J. Sakurai “Advanced Quantum Mechanics” (Pearson Education, 2006)
C. Cohen-Tannoudji, J. Dupont-Roc, G. Grynberg “Atom-Photon Interactions” (Wiley 1998)

Kap. 8 Master-Gleichungen

Literatur zu Kapitel 8

1. Kapitel in “Five Lectures on Dissipative Master Equations” Berthold-Georg Englert and Giovanna Morigi
in “Coherent Evolution in Noisy Environments” Lecture Notes in Physics, Volume 611 (Springer Berlin Heidelberg, 2002),
edited by Andreas Buchleitner and Klaus Hornberger
Download auf der Springer Website oder als arXiv:quant-ph/0206116.
W. P. Schleich: Quantum Optics in Phase Space (Wiley-VCH, Berlin 2001)