Course syllabus

Kurs-PM

TIF395 Kvantfysik lp1 HT24 (9 hp)

Kursen ges av institutionen för Fysik. Länk till kursplanen i Studieportalen.

 

Kontaktuppgifter

Examinator och föreläsare: Tom Blackburn, tom.blackburn@physics.gu.se

Föreläsare (kvantdatorer): Göran Johansson, goran.l.johansson@chalmers.se

Räkneövningsledare: Linus Sundberg, linus.sundberg@physics.gu.se

Kursrepresentanter (F): Alma Hadzimuratovic och Vidar Petterson

Kursrepresentanter (Kf): Måns Redin och Wille Runeson

 

Syfte

Denna kurs syftar till att deltagaren ska bekanta sig med kvantfysikens grundläggande principer. Deltagaren ska genom kursen skaffa sig de matematiska och konceptuella verktygen för att beskriva fysikaliska system i på ett kvantmekaniskt sätt och tillämpa dessa verktyg för att förutsäga praktiskt relevanta kvantmekaniska fenomen. Kursen syftar vidare till att ta fram kopplingen mellan kvantmekaniska begrepp och klassisk fysik, kemi och teknologiska tillämpningar. Betoningen ligger på problemlösning.

 

Schema

Kan hittas här.

 

Kurslitteratur

"Introduction to Quantum Mechanics" av David J. Griffiths (3rd ed.)

 

Upplägg

Föreläsningarna kommer följa det här schemat:

1. Experimentell bakgrund: varför behövs kvantfysik?
2. Sannolikhet och sannolikhetsamplituder
3. Tillstånd och vågfunktioner
4. Position- och rörelsemängdsoperatorer samt Hamiltonianen
5. Mätning och väntevärden
6. Tidsberoende och tidsoberoende Schrödingerekvationer
7. Fria partiklar
8. Endimensionella potentialer: bundna tillstånd, spridning och tunnling
9. Den harmoniska oscillatorn
10. Tidsoberoende störningsteori
11. Rotationer, rörelsemängdsmoment och spinn
12. Väteatomen (inkl. finstruktur)
13. Flerpartikelsystem
14. Atomer och molekyler
15. Kvantdatorer

 

Jag ska skriva en kort sammanfattning av varje föreläsning på Canvas. De, tillsammans med inspelningarna, ska uppdateras löpande under kursen i Modules. Du kan också hitta förra årets sammanfattningar där.

I räkneövningarna går vi genom problem som bygger på innehållet i de föregående föreläsningarna och ska förbereda er för inlämningsuppgifter.

På kursens sista veckan gör vi repetition inför tentan.

 

Lärandemål

• Beskriva kvantmekaniska system genom att använda kvanttillstånd, vågfunktioner och sannolikhetsamplituder.
• Förutsäga partikelrörelse i endimensionella och tredimensionella (sfäriskt symmetriska) potentialer, inklusive ”partikel i en låda”, den harmoniska oscillatorn och väteatomen.
• Förklara kvantmekaniska fenomen med hjälp av vågfunktionens kollaps, interferens, och osäkerhets- samt uteslutningsprinciperna.
• Redogöra för hur kvantmekaniska metoder tillämpas i kemi och teknologi.

 

Examination

Består av tre delar:

1. Inlämningsuppgifter (20% x 3)
2. Laboration (obligatorisk närvaro)
3. Tentamen (40%)

För att bli godkänd (3) krävs minst 40 % av totalpoängen från de tre inlämningsuppgifterna, minst 40 % av totalpoängen på tentan och att ha blivit godkänd på en laboration. För att erhålla högre betyg behövs, förutom ovanstående, att den viktade summan från inlämningsuppgifterna (viktad som 60 %) och tentan (viktad som 40 %) överstiger 60 % (för betyg 4) respektive 80 % (för betyg 5).

Inlämningsuppgifter

Den största komponenten är inlämningsuppgifterna, större övningar som testar och utvecklar kunskap du har skaffat från föreläsningar och räkneövningar.

• Hur många inlämningsuppgifter finns det?
  Tre. Varenda uppgift räknas lika.
• Hur blir jag godkänd?
  Du behöver erhålla minst 40% av totala poängen i inlämningsuppgifterna. Det är inte nödvändigt att få 40% på varenda uppgift.
• Om jag inte blir godkänd, är det möjligt att skriva om dem?
  I detta fall behöver du lösa tre nya uppgifter. De släpps i början i januari 2024 och du får hela LP3 för att lösa dem.
• Vilka resurser får jag använda för att lösa problemen?
  Du får använda textböcker, föreläsningsanteckningar, material på nätet, samt diskussioner med dina kurskamrater för att lösa problemen. Det är inte förbjudet att få hjälp av AI/LLM-verktyg. Om du använder numerisk/beräknings mjukvara (t ex Matlab), bifoga ditt arbete så att det är tydligt hur du kommit fram till lösningarna. Det viktigaste är att du visar att du förstår den underliggande fysiken.  Material du skriver och lämnar in måste dock vara ditt eget arbete. Det är ett brott mot akademisk integritet att kopiera en annan students arbete eller att tillåta en annan student att kopiera ditt arbete. Examinatorn får be ett visst antal slumpmässigt utvalda studenter att ge en muntlig förklaring av ett svar under rättning.
• Hur lämnas dem in?
  Du får lägga dem i lådan "TIF395" som ligger på tredje våningen i Soliden (hörnet med hissen) eller bifoga en skannad PDF här i Canvas. Säkerställ att skanningen är klar.
• När får vi resultat?
  Ungefär en vecka efter inlämning.
• Får vi lösningar?
  Lösningsförslag publiceras på varje Assignments sida efter resultaten rappoteras.

Laboration

Man behöver genomföra en av dessa laborationer under kursens gång:

• A6 (Infrarödspektroskopi). Handledare: Lova Wilske och Nils Rieger. Labb-PM.
  
• A9 (Zeemaneffekt). Handledare: Carl Andersson och Puvaneswari Teluchina-Appadu. Labb-PM.
  
• A11 (Flamemission). Handledare: Martina Olsson och Marita Afiandika. Labb-PM.
  

Ni får välja era egna grupper. Boka ett labbpass under fliken "Grupper" här: People. (Öppnar vid början av kursen.)

Tentamen

Tentan täcker i princip hela kursen, men ska fokusera på de delar som inte täcks av inlämningarna. Den består av sju frågor om 10 poäng var; endast de fem uppgifter man får mest poäng på ska räknas till ens resultat. Betygsgränser är: minst 20 = 3, minst 30 = 4, minst 40 = 5.

Tillåtna hjälpmedel: Physics Handbook och miniräknare

Ett formelblad kommer också med tentan.

 

Tillgänglighet

Alla föreläsningar och räkneövningar ska streamas på Zoom och spelas in. Du får välja själv vilken alternativ passar bäst. Kom ihåg att det kan ta lite extra tid att svara frågor om de ställs via Zoom. Vi gör vårt bästa för att ha koll på chatten.

Anpassning av examinationen är möjligt om det behövs.