Mechanika kwantowa

kierunkowe
obowiązkowe
specjalnościowe

Algebra 0900-FG1-1AL
Analiza matematyczna I 0900-FS1-1AM1
Analiza matematyczna II 0900-FS1-1AM2
Elementy elekrodynamiki klasycznej 0900-FS1-2EEK
Elementy mechaniki kwantowej 0900-FS1-3EMK
Elementy mechaniki teoretycznej 0900-FS1-2EMT

Algebra 0900-FG1-1AL
Analiza matematyczna I 0900-FS1-1AM1
Analiza matematyczna II 0900-FS1-1AM2
Elementy elekrodynamiki klasycznej 0900-FS1-2EEK
Elementy mechaniki kwantowej 0900-FS1-3EMK
Elementy mechaniki teoretycznej 0900-FS1-2EMT

Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z zastosowaniem mechaniki kwantowej do wyjaśnienia tych zjawisk fizycznych, których nie można wytłumaczyć stosując pojęcia fizyki klasycznej.. Stosuje się często odniesienie do symetrii badanych układów. Przybliżone metody rachunkowe mają ukazać prawdziwy charakter obliczeń kwantowo-mechanicznych dla układów fizycznych.

w sali

Mechanika kwantowa jest jedno-semestralnym kursem przedmiotu, obejmującym 30 godzin wykładu i 30 godzin konwersatorium.

Treści nauczania dotyczą skończenie wymiarowej mechaniki kwantowej,

różnych modeli kwantowych na przestrzeni Hilberta, różnych typów rachunków perturbacyjnych dla tych modeli.

Mechanika kwantowa jest jedno-semestralnym kursem przedmiotu, obejmującym 30 godzin wykładu i 30 godzin konwersatorium (2 godziny wykładu i 2 godziny konwersatorium tygodniowo).

Profil studiów: ogólnoakademicki.

Forma studiów: stacjonarne.

Moduł: fizyka teoretyczna, przedmiot obowiązkowy.

Dziedzina i dyscyplina nauki: nauki fizyczne, mechanika kwantowa.

Rok studiów, semestr: 1 rok, 1semestr, studia II stopnia.

Wymagania wstępne: kurs analizy matematycznej, kurs algebry, kurs mechaniki klasycznej, elementy elektrodynamiki klasycznej, elementy mechaniki kwantowej

Metody dydaktyczne: wykład, rozwiązywanie zadań, zadania domowe, dyskusje, konsultacje, samodzielne studiowanie.

Punkty ECTS: 6.

Bilans nakładu pracy studenta: wykład 30 godzin), konwersatorium (30 godzin), zadania domowe (60 godzin), dyskusje (5 godzin), konsultacje (15 godzin), samodzielne studiowanie (60 godzin).

Wskaźniki ilościowe: wykład (1.5 punktu ECTS), konwersatorium (2 punkty ECTS), zadania domowe (1 punkt ECTS), dyskusje (0,5 punktu ECTS), konsultacje (0,5 punktu ECTS), samodzielne studiowanie (0.5 punktu ECTS).

Treść nauczania obejmuje:

Skończenie wymiarowa mechanika kwantowa.

Sfera Blocha.

Stany kwantowe jako wektory w przestrzeni Hilberta.

Stany kwantowe jako operatory.

Ewolucja czasowa.

Obserwable i stany mieszane.

Stany podukładów.

Zakaz klonowania i zasada nieusuwalności, teleportacja kwantowa, kodowanie supergęste, kwantowe pomiary nieniszczące, komputery kwantowe.

Modele kwantowe na przestrzeni Hilberta.

Interpretacje mechaniki kwantowej.

Kwantyzacja, kwantowy oscylator harmoniczny.

Rachunek zaburzeń dla nierelatywistycznego równania Schrödingera niezależnego od czasu.

Rachunek wariacyjny zastosowany do wyznaczania poziomu energii stanu podstawowego.

Reguła Pauliego.

Rachunek zaburzeń dla równania Schroedingera zależnego od czasu.

Przejścia pomiędzy poziomami dla układu 2-poziomowego.

Równanie Pauliego dla cząstki o spinie ½.

Efekt Zeemana.

Efekt Starka w polu elektrycznym.

1) L. Schiff „Mechanika kwantowa”

2) I. Białynicki-Birula, M. Cieplak, J. Kaminski „Teoria kwantów”

3) D.J. Griffiths „Wstęp do mechaniki kwantowej”

4) M. Hirvensalo. „Algorytmy kwantowe”

Student:

1. Rozumie rolę teorii fizycznej i abstrakcyjnego opisu obiektów fizycznych oraz zjawisk fizycznych w zakresie wybranych zagadnień fizyki współczesnej i jej zastosowań.

2. Ma poszerzoną wiedzę z zakresu wybranych działów fizyki teoretycznej, zna i rozumie podstawowe koncepcje teoretyczne oraz modele matematyczne wybranych układów i zjawisk.

3. Umie w sposób popularny przytoczyć współczesne osiągnięcia w zakresie poznanych działów fizyki, przedstawić najnowsze rozwiązania praktyczne oparte na badaniach naukowych.

4. Umie ze zrozumieniem stosować metody fizyki teoretycznej do ilościowej i jakościowej analizy wybranych układów i zjawisk fizycznych w zakresie przewidzianym programem specjalności.

5. Umie ze zrozumieniem i krytycznie korzystać z fachowej literatury i zasobów Internetu - w tym źródeł w języku angielskim w odniesieniu do studiowanych problemów fizyki.

Kody: K_W02, K_W09, K_U01, K_U09, K_U10.

Studenci uczestniczą w wykładzie wzbogaconym o symulacje komputerowe ilustrujące przekazywane treści. Są stymulowani do zadawania pytań i dyskusji.

Po zakończeniu kształcenia z przedmiotu mechaniki kwantowej odbywa się egzamin pisemny i ustny, który weryfikuje uzyskaną wiedzę.

Studenci otrzymują listy zadań do samodzielnego rozwiązania. Podczas zajęć przedstawiają ich rozwiązania. Prowadzący zwraca szczególną uwagę na rozumienie używanych pojęć, klarowność prezentacji, stymuluje grupę do zadawania pytań i dyskusji. Prowadzący stara się wytworzyć w grupie ćwiczeniowej poczucie odpowiedzialności za zespół i zachęca do pracy zespołowej.

Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie oceny, która uwzględnia:

1. Umiejętność rozwiązywania zadań z określonych działów mechaniki kwantowej.

2. Umiejętność prezentacji rozwiązań.

3. Umiejętność dyskusji na tematy związane z przedmiotem.

4. Umiejętność korzystania z zasobów literatury i Internetu.

5. Zdolność do współpracy w grupie.

6. Kreatywność w podejściu do rozwiązywanych problemów.

Ocenianie ciągłe przez prowadzącego zajęcia.

Ocena końcowa wyrażona liczbą przewidzianą w regulaminie studiów, która uwzględnia ocenę wiedzy, umiejętności i kompetencji studenta.