Physik IV - Frühjahrssemester 2009

Die 120-minütige schriftliche Sessionsprüfung findet am Samstag, 8. August 2009 in den Hörsälen HG F1 & HG F3 statt. Es wird auch die Möglichkeit geben die Prüfung in der nächsten Prüfungssession abzulegen.

Erlaubte Hilfsmittel: Wörterbuch, Taschenrechner, max. 10 A4-Seiten (oder 5 doppelseitig beschriebene Blätter) handschriftliche Notizen.

Atome, Photonen, Elektronen, Einführung in die Quantenmechanik, eindimensionale Probleme, Teilchen in einem Potential, Tunneleffekt, Harmonischer Oszillator, Wasserstoffatom, Spin, Superpositionsprinzip und Verschränkung, Grundlagen der Atomphysik, Zeeman Effekt, Stark Effekt, Mehrelektronen-Atome, Moleküle, Quantenstatistik, Fermionen, Bosonen

(*) - Zusatzveranstaltung 'QM auf dem Computer'

Während der Arbeit in einer experimentellen oder in einer Theoriegruppe wärend des Studiums werden Sie bald feststellen, dass die einfach analytisch lösbare Probleme in der Quantenmechanik eher eine Ausnahme als die Regel darstellen. In diesem Fall erweist es sich zumeist als nützlich, softwarebasierende numerische Techniken einzusetzen, um das entsprechende Problem zu lösen. Als Teil der Physik IV Vorlesung bieten wir Ihnen -- auf freiwilliger Basis -- eine Einführung in das Lösen von quantenmechanischen Aufgaben auf dem Computer.

Mögliche Problemstellungen, die im Rahmen dieser Zusatzveranstaltung behandelt werden:

• Materiewellen, Wellenpakete, Phasen- und Gruppengeschwindigkeit
• Berechnungen zum Doppelspalt
• Numerische Lösung der Schrödingergleichung
• Teilchen in einem Potentialtopf
• Harmonischer Oszillator
• Wellenfunktion des Wasserstoffatoms
• Übergangsmatrixelemente
• Tunneleffekt

Wir werden zu Beginn des Semesters eine erste Einführung in die Grundlagen der Verwendung von Mathematica geben. Die besprochenen Beispiele werden vor der jeweiligen Lehrveranstaltungseinheit unten bereitgestellt und die Verwendung eines Laptops während der Übung ist daher sicher von Vorteil. Um einen ersten Eindruck zu bekommen, finden Sie im Help Menü - 'Documentation Center' Tutorien wie "the first five minutes with ..." die für das Erlernen der Software sehr nützlich sind.

Diese Zusatzlehrveranstaltung wird jeweils montags nach der Vorlesung (17 - 18 Uhr) zu den unten angegebenen Terminen stattfinden.

Quantenmechanik auf dem Computer: Zeitplan und Dateien

Übungsaufgaben sollen in Gruppen von jeweils drei Studenten gelöst und abgegeben werden (in Gruppen von zwei, falls die Gesamtzahl der Studenten kein Vielfaches von drei beträgt). Die Gruppen werden in der zweiten Vorlesungseinheit am Mittwoch, 18. 2. 2009, eingeteilt. Die Lösungen der Beispiele müssen an den unten angegeben Terminen zumeist eine Woche nach Erhalt abgegeben werden. Insgesamt können 10 Punkte pro Übung erreicht werden, insgesamt 100 Punkte in 10 Übungen. Jeder einzelne Student muss während des Semesters mindestens zwei Beispiele in der Übung präsentieren.

Die Abgabe der gerechnete Übungsbeispiele soll bis jeweils dem Ausgabetermin folgenden Freitag 12 Uhr in die dafür vorgesehenen Fächer am Eingang des Gebäudes HPF D erfolgen.

Eine Vielzahl von interessanten Forschungsrichtungen an der ETH und im internationalen Umfeld steht im unmittelbaren Zusammenhang mit den in der Vorlesung präsentierten Inhalten. Es wird daher für Studentengruppen bestehend aus maximal zwei Studenten die Möglichkeit geben, im Rahmen einer Kurzpräsentation über ein aktuelles Forschungsergebnis zu berichten. Dafür werden zusätzlich 10 Punkte vergeben, die zu den Punkten aus den Übungen zum Erreichen der vollen Punktezahl addiert werden.