Prüfungsfragen:Quantenmechanik

Wiederholung: Schema der Schrödingerschen Wellenmechanik 4.1

Schrödingergleichung

• zeitabh
• zeitunabh.
• Lösung
• Quantenzahlen

Potentialtopf

Länge Volumen Energie 1/n^2

• http://de.wikipedia.org/wiki/Lippmann-Schwinger-Gleichung

induzierte Emission ?

Formalisierung der Quantenmechanik

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 $\hat{H}ause$ mit seiner Katze Hausaufgaben macht.)
• WW-Bild

WSK?? bleibt erhalten

• Unitärität des Zeitentwicklungsoperators $U=e^{-\frac{i}{\hslash }\hat{H}t}$

Der Drehimpuls in der Quantenmechanik 4.3

Drehimpuls

Spin Bahn Kopplung

• von EM-Feld Coulomb-Eichung...
• $pA=\sqrt{(}rxB)$???
• 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
• $[L_i,L_j]=i\hslash {ϵ}_{i,j,k}{L}_k$ Vertauschungsrelation
• allgemein Kommutatorrelation Quantisiert dadurch?
• Haputquantenzahl $n=1\to \mathrm{\infty }$
• Eigenerwertproblem $L^2|lm⟩=l(l+1)|lm⟩$
  • z.B: $L_z|lm⟩=m|lm⟩$
  • gleiche Eigenfunktion $[L^2,L_z]=0$ aber $|lm⟩$ nicht Eigenvektor zu L_y da $[L_i,L_j]=i\hslash {ϵ}_{i,j,k}{L}_k$ gilt
  • $[L_i,L_i]=0$??
• Koordinaten von L_z: freie Wahl der Koordnaten aber nach Wahl $|lm⟩$ nicht EV zu anderen Achsen

Pauligleichung, Spin-Bahn-Kopplung und Feinstruktur des H-Atoms

Teilchen im EM-Feld

• kanonischer Formalismus
• Hamilton mit Herleitung $H=\frac{(p-eA{)}^2}{2m}+e\varphi (+V)$ $\varphi$ Kernpotential
• $p\to i\hslash \mathrm{\nabla }$
• Glauber-Zustand $\alpha ⟩=e^{-\frac{|\alpha {|}^2}{2}}\sum _{n=0}^{\mathrm{\infty }}\frac{{\alpha }^n}{\sqrt{n!}}|n⟩$
• Lagrangegleichung für Teilchen im EM-Feld
• zeitabhängige Störung $H_0=p^2$
• vertauschung von vektorpotential und impuls
• Coulomb eichung
• $-\mathrm{\nabla }A=0;\hat{H}$ nähern
  • $A=A(0)cos(kr-\omega t)\to e^{\dots }$
  • \lambda \ge Atomdurchmesser
  • zu Dipolübergängen
  • neue Quantenzahl 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

   $\mathrm{i}\hslash {\partial }_t\phi =\underset{\text{Hamiltonoperator ohne Spin}}{\underbrace{(\frac{(\overrightarrow{p}-q\overrightarrow{A}{)}^2}{2m}+q\varphi )}}\phi -g\underset{\text{Spin-Magnetfeld}}{\underbrace{\frac{q\hslash }{2mc}\frac{\overrightarrow{\sigma }}{2}\cdot \overrightarrow{B}}}\phi .$ 

• http://de.wikipedia.org/wiki/Pauli-Gleichung

Näherungsmethoden

Zeitabhängige Störungsrechnung

Fermis goldene regel

gilt für t\to \infty sonst Energie Zeit unschärfe

Zeitunabhängige Störungsrechnung ohne Entartung

stationär energieerhalungssatz

Stark-Effekt im H-Atom

Wasserstoffatom

Energie 1/n^2 Glauberzustand

Chemische Bindung des H2-Moleküls

chemische Bindung

• Bild Kern Elektron
• Yukava + Coulomb Potential
• $H=H_{f}rei+H_{w}w(-e^2/r)$
• Atom Feld WW?
• LCAO?
• Überlapp WF \psi^2
• Elektronenaufenthaltswahrscheinlichkeit Zeichnen

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?

Streutheorie

Dipolmatrix

[1]

Lippmann-Schwinger-Gleichung

Herleitung bis Lippmann Schwinger Gleichung

   ${\psi }_k(\overrightarrow{r})=\frac{1}{(2\pi {)}^{3/2}}{e}^{i\overrightarrow{k}\overrightarrow{r}}-\frac{2m}{4\pi {\hslash }^2}\int d^3\overrightarrow{r^{\prime }}\cdot \frac{e^{ik|\overrightarrow{r}-\overrightarrow{r^{\prime }}|}}{|\overrightarrow{r}-\overrightarrow{r^{\prime }}|}V(\overrightarrow{r^{\prime }}){\psi }_k(\overrightarrow{r^{\prime }})$

• Bornsche Näherung : 0. Nähering ost Lösung ohne WW einsetzen in Lippmann schnwinger gleichung → 1. näherung usw

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

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

   \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\,. 

• bedeutuung von \Psi
• Lösung : A \cdot \mathrm e^{\mathrm i \bigl(\mathbf k\cdot \mathbf x - \omega\,t\bigr)}
• Spin 1 Teilchen für Welche Teilechen
• Energie immer positiv
• Quantenzahlen für positive und negative Ladung
• Lagrangegleichung \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]\,

für klein Gordon feld Noetherteorem Ladungserhaltung

• Quantezahlen
• vgl Schrödingergleichung
• Kontinuitätsgleichung → wiki http://de.wikipedia.org/wiki/Klein-Gordon-Gleichung
• keine Wahrscheinlichkeitsinterpretation
• erhaltung der LADUNG

Aspekte der Quantenfeldtheorie

B: 2. Quantisierung für Elektronen, Zweiteilchenwechselwirkung

• Erwartungswerte des Felds in 2. Quantisierung

?E\neq 0 a^+, a