Prüfungsfragen:Quantenmechanik: Unterschied zwischen den Versionen
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= | == Wiederholung: Schema der Schrödingerschen Wellenmechanik [[K::4.1]] == | ||
'''Schrödingergleichung''' | |||
*zeitabh | |||
*zeitunabh. | |||
*Lösung | |||
*Quantenzahlen | |||
====Potentialtopf==== | |||
* | Länge Volumen Energie 1/n^2 | ||
* | |||
* | |||
* | |||
*http://de.wikipedia.org/wiki/Lippmann-Schwinger-Gleichung | |||
*http://de.wikipedia.org/wiki/ | |||
== | induzierte Emission ? | ||
== | == Formalisierung der Quantenmechanik == | ||
=== Hilbertraum, Zustand, dynamische Variable, Observable === | |||
=== Vertauschungsrelationen, Messprozess === | |||
=== Zeitliches Verhalten: Bewegungsgleichung und Bilder === | |||
= | *Festlegung Zeitentwicklung Verteilung auf Operatoren und Zustände | ||
*Schrödingerbild Zustände zeitabh. | |||
*Heisenbergbild Operatoren zeitabh. (Heisenberg fährt mit Hamiltonoperator im Wohnmobil, während Schrödinger zu <math>\hat Hause</math> mit seiner Katze Hausaufgaben macht.) | |||
*WW-Bild | |||
WSK?? bleibt erhalten | |||
*Unitärität des Zeitentwicklungsoperators <math>U=e^{-\frac{i}{\hbar} \hat H t}</math> | |||
=Drehimpuls= | === Harmonischer Oszillator in Besetzungszahldarstellung, Anwendungsmöglichkeiten === | ||
==Spin Bahn Kopplung== | == Der Drehimpuls in der Quantenmechanik [[K::4.3]]== | ||
====Drehimpuls==== | |||
=====Spin Bahn Kopplung===== | |||
*von EM-Feld Coulomb-Eichung... | *von EM-Feld Coulomb-Eichung... | ||
*<math>pA=\sqrt(r x B)</math>??? | *<math>pA=\sqrt(r x B)</math>??? | ||
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*Quantenzahlen bei festem l : l=+-1/2 | *Quantenzahlen bei festem l : l=+-1/2 | ||
*Spin-Bahn-Kopplung für Wasserstoffatom | *Spin-Bahn-Kopplung für Wasserstoffatom | ||
==Drehimpulse in der qM== | =====Drehimpulse in der qM====== | ||
*l=r x p | *l=r x p | ||
*<math>\left[ L_i,L_j\right]=i\hbar\epsilon_{i,j,k}L_k</math> Vertauschungsrelation | *<math>\left[ L_i,L_j\right]=i\hbar\epsilon_{i,j,k}L_k</math> Vertauschungsrelation | ||
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**<math>\left[ L_i,L_i\right]=0</math>?? | **<math>\left[ L_i,L_i\right]=0</math>?? | ||
*Koordinaten von L_z: freie Wahl der Koordnaten aber nach Wahl <math>\left| lm \right \rangle</math> nicht EV zu anderen Achsen | *Koordinaten von L_z: freie Wahl der Koordnaten aber nach Wahl <math>\left| lm \right \rangle</math> nicht EV zu anderen Achsen | ||
=== Allgemeine Drehimpulsoperatoren === | |||
=== Bahndrehimpuls, Spin, Drehimpulsaddition, Ortsdarstellung === | |||
=== Pauligleichung, Spin-Bahn-Kopplung und Feinstruktur des H-Atoms === | |||
====Teilchen im EM-Feld==== | |||
*kanonischer Formalismus | |||
*Hamilton mit Herleitung <math>H=\frac{(p-eA)^2}{2m}+e \phi (+V)</math> <math>\phi</math> Kernpotential | |||
*<math>p\to i\hbar \nabla</math> | |||
*Glauber-Zustand <math>\alpha\rangle=e^{-{|\alpha|^2\over2}}\sum_{n=0}^{\infty}{\alpha^n\over\sqrt{n!}}|n\rangle</math> | |||
*Lagrangegleichung für Teilchen im EM-Feld | |||
*zeitabhängige Störung <math>H_0=p^2</math> | |||
*vertauschung von vektorpotential und impuls | |||
*Coulomb eichung | |||
*<math>-\nabla A=0; \hat H</math> nähern | |||
**<math>A=A(0) cos(kr-\omega t) \to e^\dots</math> | |||
**\lambda \ge Atomdurchmesser | |||
** zu Dipolübergängen | |||
** neue <u>Quantenzahl</u> j=l+s spin+bahndrehimpuls | |||
====Pauli Gleichung==== | |||
2 | |||
*Entwicklung Dirac-Gleichung | |||
* | *Abspaltung Ruheenergie | ||
q/m(1/mc^2-1/r \partial_r \phi s.l | |||
<math>\mathrm i\, \hbar\, \partial_t\, \varphi = \underbrace{ \left( \frac{(\vec p- q \vec A)^2}{2\, m} + q \,\phi \right)}_{\text{Hamiltonoperator ohne Spin}}\,\varphi - g\,\underbrace{\frac{q\,\hbar }{2\,mc}\,\frac{\vec{ \sigma}}{2} \cdot \vec B}_{\text{Spin-Magnetfeld}}\,\varphi\,.</math> | |||
*http://de.wikipedia.org/wiki/Pauli-Gleichung | |||
== | === Magnetisches Moment und Zeeman-Effekt === | ||
== Näherungsmethoden == | |||
=== Zeitabhängige Störungsrechnung === | |||
====Fermis goldene regel==== | |||
== | gilt für t\to \infty sonst Energie Zeit unschärfe | ||
=== Induzierte Emission und Absorption von Lichtquanten im Atom === | |||
= | === Zeitunabhängige Störungsrechnung ohne Entartung === | ||
stationär energieerhalungssatz | |||
=== Zeitunabhängige Störungsrechnung mit Entartung === | |||
* | === Stark-Effekt im H-Atom === | ||
====Wasserstoffatom==== | |||
Energie 1/n^2 | |||
Glauberzustand | |||
=== Chemische Bindung des H2-Moleküls === | |||
====chemische Bindung==== | |||
*Bild Kern Elektron | |||
*Yukava + Coulomb Potential | |||
*<math>H=H_frei+H_ww (-e^2/r)</math> | |||
*Atom Feld WW? | |||
*LCAO? | |||
*Überlapp WF \psi^2 | |||
*Elektronenaufenthaltswahrscheinlichkeit Zeichnen | |||
=== Variationsverfahren, Ritz-Verfahren === | |||
== | == Systeme identischer Teilchen == | ||
Fockzustand | |||
z.B. Laser | z.B. Laser | ||
*STrahlungszustände | *STrahlungszustände | ||
Erwarungswert des EFELDS 0 | Erwarungswert des EFELDS 0 | ||
=== Ununterscheidbarkeit, Fermionen, Bosonen, Pauli-Prinzip === | |||
== ununterscheidbarkeit == | * symmetrische und antisymmetrische WF | ||
*Pauliprinzip | |||
==== ununterscheidbarkeit ==== | |||
bed an observable | bed an observable | ||
-symmetriosierungsoperator | -symmetriosierungsoperator | ||
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Störungstheorie bei kostanter Störung / Übergangswahrscheinlichkeit? | Störungstheorie bei kostanter Störung / Übergangswahrscheinlichkeit? | ||
=== Slaterdeterminante, Hartree-Fock, Austauschwechselwirkung, Korrelation === | |||
== Streutheorie == | |||
====Dipolmatrix==== | |||
[http://de.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cbergangsdipolmoment] | |||
=== Lippmann-Schwinger-Gleichung === | |||
Herleitung bis Lippmann Schwinger Gleichung | |||
<math>\psi_k(\vec{r}) = \frac{1}{(2\pi)^{3/2}}e^{i\vec{k}\vec{r}} - \frac{2m}{4\pi\hbar^2}\int d^3\vec{r^{\prime}} \cdot \frac{e^{ik|\vec{r} - \vec{r^{\prime}}|}} {|\vec{r} - \vec{r^{\prime}}|} V(\vec{r^{\prime}}) \psi_k(\vec{r^{\prime}})</math> | |||
*Bornsche Näherung : 0. Nähering ost Lösung ohne WW einsetzen in Lippmann schnwinger gleichung → 1. näherung usw | |||
* | === Streuamplitude und Streuquerschnitt === | ||
=== Bornsche Näherung, Drehimpulsdarstellung und Streuphasen === | |||
== Dynamik von Zweiniveausystemen == | |||
====2-Niveau System==== | |||
*absorption | |||
* Störungsrechnung | |||
* Übergangsrate | |||
* konstante+periodische Störung | |||
* auswahlregeln für dipolübergänge | |||
* wie kammt man darauf | |||
2.Quantisierung | |||
* dipolmatrixelement | |||
* Näherung für H_1= eAp+peA+eA^2 | |||
*Woher kommt das <u>'''zeitabhängige Störungsrechnung'''</u> | |||
*absorption fGolden Matrixelement | |||
*Matrixelement und Parität? | |||
**1.3 WF \spi für harm OSC. --abwechselnde parität | |||
**Dipolübergänge \Delta l = +-1 | |||
**entsprechung | |||
**funktionen senkrecht aufeinander | |||
*Auswahlregeln!!! (f Dipolnäherung) | |||
*Übergänge zwischen niveaus | |||
== A: Relativistische Quantentheorie == | |||
=== Kovariante Schreibweise der Relativitätstheorie === | |||
=== [[Klein-Gordon-Gleichung]], [[Dirac-Gleichung]] === | |||
====Dirac Gleichung==== | |||
*<u>Spin</u> ist eine Beobachtungsgröße und wird erst in der relativistischen QM notwendig | |||
und zuwar als offener Freiheitsgrad der Dirac-Gleichung | |||
**Zeemann Effekt [http://de.wikipedia.org/wiki/Zeeman-Effekt] | |||
*[http://de.wikipedia.org/wiki/Diracgleichung] | |||
*zum Wasserstoffatom was ändert sich Störungstheorie | |||
*Interpretation der WF | |||
* $-dim Vektor (2+2)dim | |||
* Spinteil | |||
*negative Energie Diracsee aus QFT Teilchen und Antitielchen | |||
*relativisitesche Theorie immer Vielteilcehntheorie | |||
Übergang | |||
Pauli, Schrödinger | |||
**große oder kleine Komponenten bis Ordnung \beta^2 mit \beta=v/c | |||
Verwendung Dirac Gleichung f Elektronen Spin 1/2 | |||
===Klein Gordon Gleichung=== | |||
<math> \left[ \frac{1}{c^2} \frac{\partial^2}{\partial t^2} - \mathbf{\nabla}^2 + \frac{m^2 c^2}{\hbar^2} \right] \phi(t, \mathbf{x}) = 0\,. | |||
\left(\Box + m^2 \right) \phi(x) = 0\,. </math> | |||
*bedeutuung von \Psi | |||
*Lösung : <math>A \cdot \mathrm e^{\mathrm i \bigl(\mathbf k\cdot \mathbf x - \omega\,t\bigr)}</math> | |||
* Spin 1 Teilchen für Welche Teilechen | |||
* Energie immer positiv | |||
* Quantenzahlen für positive und negative Ladung | |||
* Lagrangegleichung <math>\mathcal{L} = \frac{1}{2} \left[ (\partial_t \varphi)^2 - (\partial_x \varphi)^2 - (\partial_y \varphi)^2 - (\partial_z \varphi)^2 - m^2 \varphi^2 \right]\ =\frac{1}{2} \left[ (\partial_\mu \varphi)(\partial^\mu \varphi) - m^2 \varphi^2 \right]\,</math> | |||
für klein Gordon feld | |||
Noetherteorem | |||
Ladungserhaltung | |||
*Quantezahlen | |||
*vgl Schrödingergleichung | |||
* Kontinuitätsgleichung → wiki http://de.wikipedia.org/wiki/Klein-Gordon-Gleichung | |||
* keine Wahrscheinlichkeitsinterpretation | |||
* erhaltung der LADUNG | |||
=== Nichtrelativistischer Grenzfall === | |||
=== H-Atom === | |||
== Aspekte der Quantenfeldtheorie == | |||
=== B: 2. Quantisierung für Elektronen, Zweiteilchenwechselwirkung === | |||
*Erwartungswerte des Felds in 2. Quantisierung | |||
?<math>E\neq 0</math> | |||
a^+, a | |||
=== Observable, Bewegungsgleichungen, Beispiel === | |||
=== Zustände des Strahlungsfeldes === | |||
=== Wechselwirkung eines dynamischen mit einem dissipativen System (Oszillator) === | |||
=== Übersicht über quantenelektrodynamische Effekte === | |||
[[Kategorie:Prüfung]] |
Aktuelle Version vom 29. September 2010, 15:51 Uhr
Wiederholung: Schema der Schrödingerschen Wellenmechanik 4.1
Schrödingergleichung
- zeitabh
- zeitunabh.
- Lösung
- Quantenzahlen
Potentialtopf
Länge Volumen Energie 1/n^2
induzierte Emission ?
Formalisierung der Quantenmechanik
Hilbertraum, Zustand, dynamische Variable, Observable
Vertauschungsrelationen, Messprozess
Zeitliches Verhalten: Bewegungsgleichung und Bilder
- Festlegung Zeitentwicklung Verteilung auf Operatoren und Zustände
- Schrödingerbild Zustände zeitabh.
- Heisenbergbild Operatoren zeitabh. (Heisenberg fährt mit Hamiltonoperator im Wohnmobil, während Schrödinger zu mit seiner Katze Hausaufgaben macht.)
- WW-Bild
WSK?? bleibt erhalten
Harmonischer Oszillator in Besetzungszahldarstellung, Anwendungsmöglichkeiten
Der Drehimpuls in der Quantenmechanik 4.3
Drehimpuls
Spin Bahn Kopplung
- von EM-Feld Coulomb-Eichung...
- ???
- Energiekorrektur linear zum Magnetfeld
- Bahndrehimpulsentartung 2l+1 wird aufgehoben
- F:Aufhebung der Bahndrehimpulsentartung
- 2l+1 fach Entartet
- Verschiebeun gder Energieniveaus um \mu B
- Thermschema
- Nebenquantenzahl
- Feinstrukturaufspaltung2 zeichnen
- Spin
- Spin-Bahn Kopplung ohne Magnetfeld
- Energiekorrekturen
(neben Darwin-Term /relativistischem Impuls)
- LS-Koppplung
- Quantenzahlen bei festem l : l=+-1/2
- Spin-Bahn-Kopplung für Wasserstoffatom
Drehimpulse in der qM=
- l=r x p
- Vertauschungsrelation
- allgemein Kommutatorrelation Quantisiert dadurch?
- Haputquantenzahl
- Eigenerwertproblem
- Koordinaten von L_z: freie Wahl der Koordnaten aber nach Wahl nicht EV zu anderen Achsen
Allgemeine Drehimpulsoperatoren
Bahndrehimpuls, Spin, Drehimpulsaddition, Ortsdarstellung
Pauligleichung, Spin-Bahn-Kopplung und Feinstruktur des H-Atoms
Teilchen im EM-Feld
- kanonischer Formalismus
- Hamilton mit Herleitung Kernpotential
- Glauber-Zustand
- Lagrangegleichung für Teilchen im EM-Feld
- zeitabhängige Störung
- vertauschung von vektorpotential und impuls
- Coulomb eichung
- nähern
Pauli Gleichung
2
- Entwicklung Dirac-Gleichung
- Abspaltung Ruheenergie
q/m(1/mc^2-1/r \partial_r \phi s.l
Magnetisches Moment und Zeeman-Effekt
Näherungsmethoden
Zeitabhängige Störungsrechnung
Fermis goldene regel
gilt für t\to \infty sonst Energie Zeit unschärfe
Induzierte Emission und Absorption von Lichtquanten im Atom
Zeitunabhängige Störungsrechnung ohne Entartung
stationär energieerhalungssatz
Zeitunabhängige Störungsrechnung mit Entartung
Stark-Effekt im H-Atom
Wasserstoffatom
Energie 1/n^2 Glauberzustand
Chemische Bindung des H2-Moleküls
chemische Bindung
- Bild Kern Elektron
- Yukava + Coulomb Potential
- Atom Feld WW?
- LCAO?
- Überlapp WF \psi^2
- Elektronenaufenthaltswahrscheinlichkeit Zeichnen
Variationsverfahren, Ritz-Verfahren
Systeme identischer Teilchen
Fockzustand z.B. Laser
- STrahlungszustände
Erwarungswert des EFELDS 0
Ununterscheidbarkeit, Fermionen, Bosonen, Pauli-Prinzip
- symmetrische und antisymmetrische WF
- Pauliprinzip
ununterscheidbarkeit
bed an observable -symmetriosierungsoperator Symmetriserung für 2 Elektronen Slater Determinante Pauli Prinzip Störungstheorie bei kostanter Störung / Übergangswahrscheinlichkeit?
Slaterdeterminante, Hartree-Fock, Austauschwechselwirkung, Korrelation
Streutheorie
Dipolmatrix
Lippmann-Schwinger-Gleichung
Herleitung bis Lippmann Schwinger Gleichung
- Bornsche Näherung : 0. Nähering ost Lösung ohne WW einsetzen in Lippmann schnwinger gleichung → 1. näherung usw
Streuamplitude und Streuquerschnitt
Bornsche Näherung, Drehimpulsdarstellung und Streuphasen
Dynamik von Zweiniveausystemen
2-Niveau System
- absorption
- Störungsrechnung
- Übergangsrate
- konstante+periodische Störung
- auswahlregeln für dipolübergänge
- wie kammt man darauf
2.Quantisierung
- dipolmatrixelement
- Näherung für H_1= eAp+peA+eA^2
- Woher kommt das zeitabhängige Störungsrechnung
- absorption fGolden Matrixelement
- Matrixelement und Parität?
- 1.3 WF \spi für harm OSC. --abwechselnde parität
- Dipolübergänge \Delta l = +-1
- entsprechung
- funktionen senkrecht aufeinander
- Auswahlregeln!!! (f Dipolnäherung)
- Übergänge zwischen niveaus
A: Relativistische Quantentheorie
Kovariante Schreibweise der Relativitätstheorie
Klein-Gordon-Gleichung, Dirac-Gleichung
Dirac Gleichung
- Spin ist eine Beobachtungsgröße und wird erst in der relativistischen QM notwendig
und zuwar als offener Freiheitsgrad der Dirac-Gleichung
- Zeemann Effekt [2]
- [3]
- zum Wasserstoffatom was ändert sich Störungstheorie
- Interpretation der WF
- $-dim Vektor (2+2)dim
- Spinteil
- negative Energie Diracsee aus QFT Teilchen und Antitielchen
- relativisitesche Theorie immer Vielteilcehntheorie
Übergang Pauli, Schrödinger
- große oder kleine Komponenten bis Ordnung \beta^2 mit \beta=v/c
Verwendung Dirac Gleichung f Elektronen Spin 1/2
Klein Gordon Gleichung
- bedeutuung von \Psi
- Lösung :
- Spin 1 Teilchen für Welche Teilechen
- Energie immer positiv
- Quantenzahlen für positive und negative Ladung
- Lagrangegleichung
für klein Gordon feld Noetherteorem Ladungserhaltung
- Quantezahlen
- vgl Schrödingergleichung
- Kontinuitätsgleichung → wiki http://de.wikipedia.org/wiki/Klein-Gordon-Gleichung
- keine Wahrscheinlichkeitsinterpretation
- erhaltung der LADUNG
Nichtrelativistischer Grenzfall
H-Atom
Aspekte der Quantenfeldtheorie
B: 2. Quantisierung für Elektronen, Zweiteilchenwechselwirkung
- Erwartungswerte des Felds in 2. Quantisierung