Grundlagen der Quantenmechanik

Dozentin
Prof. Dr. Ioana Serban

Angeboten in folgenden Studiengängen
MEM (ANK)
MAPR (EI)
MIN (IM)

Veranstaltungstyp
Seminaristischer Unterricht

Lehrsprache
Deutsch

4 SWS / 5 ECTS

Modultermine
Freitags, 08:15 – 11:30 Uhr

Anmeldung
Die Kursanmeldung findet über die in den Fakultäten üblichen Prozesse statt.

Diese Kursübersicht ist ein Informationsangebot, bindend sind die Angaben in den Modulhandbüchern der einzelnen Studiengänge.

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Konkrete Kursinhalte

Die Anfänge der Quantenmechanik
• Plancks Strahlungsgesetz
• Welle-Teilchen Dualismus, Photoeffekt, Compton-Effekt
• Atommodel von Bohr, Energiequantisierung

Struktur der Quantenmechanik
• Mathematische Struktur
• Postulate
• Schrödingergleichung, zeitliche Entwicklung von Quantensystemen

Einfache Systeme
• freie Materiewelle, Impulsoperator
• Potentialbarriere, Tunneleffekt, Anwendungen
• Harmonischer Oszillator
• Zwei-Niveau Atome, Anwendungen

Quantenmessung
• nicht-Vertauschbarkeit von Operatoren, verträgliche und nicht-verträgliche Observablen
• Mittelwerte, Schwankungen, Unschärferelation
• Reine und gemischte Zustände, Dichteoperator,
• Wellenfunktion-Kollaps, Quantenradierer
• Manipulation von Zuständen durch projektive Messungen, Quanten-Zeno-Effekt
• Dekohärenz und die Herausbildung der klassischen Welt
• Schrödinger’s Katzen: Fullerene, SQUIDs
• zerstörungsfreie Quantenmessung

Vielteilchensysteme
• Unterscheidbare und identische Teilchen, Pauli-Verbot
• Fermionen, Bosonen, Austauschkräfte und die kovalente Bindung
• Separabilität und Verschränkung, Lokaler Realismus, Bell-Ungleichungen

Quantensensoren: Beispiele

Lernziel

Nach der erfolgreichen Absolvierung des Teilmoduls sind die Studierenden in der Lage,
• relevante Probleme der klassischen Physik aufzuzählen (1)
• die Postulate der Quantenmechanik aufzuzählen und zu interpretieren (2),
• die Schrödinger-Glg. für einfache Systeme zu lösen (3), die Ergebnisse zu verstehen und einzuordnen (3), Tunnelwahrscheinlichkeiten zu berechnen (3)
• die Unbestimmtheitsrelation zu interpretieren (2), das Wesen der Quantenmechanik und die Eigenarten der Quantenmessung zu beschreiben (2)
• die Herausbildung der klassischen Welt aus der Quantenmechanik durch Dekohärenz zu beschreiben (2) und Anwendungsgebiete von Quantentechnologien der zweiten Generation zu benennen (1) und einzuordnen (3)
• Quantenmechanische Effekte in Vielteilchensystemen zu nennen (1), und Verschränkung zu verstehen (2)