Квантовая статистика, физика твердого тела, физика атомного ядра и элементарных частиц.

Лекции

МОДУЛЬ 5:

Элементы квантовой механики.

Лекции 1-2. Квантовые свойства излучения. Гипотеза Планка, дискретный характер испускания и поглощения электромагнитного излучения веществом. Квантовое объяснение законов теплового излучения. Корпускулярно-волновой дуализм света. Фотоны. Фотоэффект и эффект Комптона.

ОЛ-1 §1.1-1.5. ОЛ-3 §1.1-1.7,2.2,2.4. ОЛ-4 §1,2. ОЛ-5 §1-3. ДЛ-3 §1.1-1.5. ДЛ-7 § 80-84, 86-89. ДЛ-9 §1.1-1.3.

Лекции 3-4. Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза де Бройля. Дифракция микрочастиц. Принцип неопределенности Гейзенберга. Задание состояния микрочастицы. Волновая функция, ее статистический смысл и условия, которым она должна удовлетворять. Принцип суперпозиции квантовых состояний. Общее уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера для стационарных состояний.

ОЛ-1 §2.1-2.4, 3.1-3.3, 4.1. ОЛ-3 §4.1-4.5, 4.8. ОЛ-4 §8, 9, 16.ДЛ-2 §28-30. ДЛ-3 §3.1-4.2. ДЛ-6 §1.9, 1.10, 2.5-2.9. ДЛ-7 §140-145, 147, 148. ДЛ-9 §2.1-2.3.

Лекции 5-6. Стационарные задачи квантовой механики. Частица в потенциальной яме с бесконечно высокими стенками. Частица в трехмерном прямоугольном потенциальном ящике. Понятие о вырождении энергетических уровней. Одномерный потенциальный порог и барьер. Туннельный эффект. Сканирующий туннельный микроскоп. Гармонический осциллятор.

ОЛ-1 §4.1-4.5. ОЛ-3 §4.6, 4.9, 4.10. ОЛ-4 §26, 27, 29. ДЛ-3 §4.3-4.5. ДЛ-6 §1.11, 1.12. ДЛ-7 §152-154, 156, 158. ДЛ-9 §4.1-4.4.

Лекции 7. Измерение физических величин в квантовой механике. Основные постулаты квантовой механики. Операторы координаты, импульса, момента импульса, потенциальной и кинетической энергии. Гамильтониан квантовой системы как оператор полной энергии. Вероятностный характер результатов измерений в квантовой механике. Вычисление средних значений физических величин в квантовых системах.

ОЛ-1 §3.4-3.7. ОЛ-4 §17-19. ДЛ-2 §18, 27. ДЛ-3 §5.1, 5.2. ДЛ-6 §2.1-2.4.

Лекции 8. Квантовая теория атома. Ядерная модель атома Резерфорда-Бора. Постулаты Н. Бора. Стационарное уравнение Шредингера для атома водорода. Волновые функции и квантовые числа. Спин электрона. Спектр атома водорода. Правила отбора для квантовых чисел. Ширина спектральных линий.

ОЛ-1 §5.1-5.4. ОЛ-3 §5.1-5.3. ОЛ-4 §30. ДЛ-3 §6.1. ДЛ-6 §3.1-3.4. ДЛ-8 §2.4.

Тему “Механический и магнитный моменты атома” студенты прорабатывают самостоятельно. При этом рассматривают следующие вопросы: Опыт Штерна и Герлаха. Орбитальный, спиновой и полный угловые моменты. Спин-орбитальное взаимодействие. Атом во внешнем магнитном поле. Эффект Зеемана.

ОЛ-1 §5.5, 5.6. ОЛ-3 §5.4-5.7. ОЛ-4 §15, 34, 45, 46. ДЛ-3 §6.3, 7.1, 7.2.

Лекция 9. Спонтанное и индуцированное излучение. Коэффициенты “A” и “B” Эйнштейна. Активные среды с инверсной заселенностью энергетических уровней. Оптические квантовые генераторы. Особенности лазерного излучения. Основные типы лазеров, их применение.

ОЛ-1 §5.7. ОЛ-3 §5.15, 5.16. ДЛ-4 §6.1. ДЛ-5 §38.1, 38.2.

МОДУЛЬ 6:

Квантовая статистика, физика твердого тела, физика атомного ядра и элементарных частиц.

Лекция 10. Квантовые системы из одинаковых частиц. Принцип тождественности одинаковых микрочастиц. Симметричные и антисимметричные состояния (волновые функции) тождественных микрочастиц. Бозоны и фермионы. Принцип Паули. Периодическая система элементов.

ОЛ-1 §6.1. ОЛ-5 §46-47.

Лекция 11. Квантовые статистические распределения. Плотность квантовых состояний. Распределение Ферми-Дирака. Функция распределения частиц по энергиям. Энергия Ферми. Вырожденный электронный газ, температура вырождения. Распределение Бозе-Эйнштейна. Фотоны и фононы.

ОЛ-1§6.2-6.5.ОЛ-3§7.1, 7.2, 8.1. ДЛ-4 §4.1-4.4. ДЛ-5 §39.4-39.8. ДЛ-9 §5.1, 5.2.

Тему “Эмиссия электронов из металла” студенты прорабатывают самостоятельно. При этом рассматривают следующие вопросы: Работа выхода электрона из металла. Термоэлектронная эмиссия, формула Ричардсона-Дэшмана. Эффект Шоттки. Холодная (автоэлектронная) эмиссия.

ОЛ-1 §6.6. ОЛ-3 §9.1, 9.2. ОЛ-5 §29. ДЛ-9 §6.1-6.4.

Лекция 12. Зонная теория твердых тел. Электроны в периодическом поле кристалла. Образование энергетических зон для электронов в кристалле. Зонная структура в металлах, полупроводниках и диэлектриках. Проводимость металлов. Сверхпроводимость.

ОЛ-2 §4.1-4.4. ОЛ-3 §8.2, 8.4, 8.5. ОЛ-4 §65, 66. ДЛ-5 §40.1-40.3. ДЛ-9 §7.1-7.6.

Тему “Энергетический спектр электронов в кристалле” студенты прорабатывают самостоятельно. При этом рассматривают следующие вопросы: Модель Кронига-Пенни. Приближение сильной связи. Модель почти свободных электронов. Динамика электронов в кристаллической решетке. Эффективная масса электрона.

ОЛ-2 §4.1. ДЛ-9 §7.1-7.7.

Лекция 13. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Уровень Ферми в чистых и примесных полупроводниках. Температурная зависимость проводимости полупроводников. Фотопроводимость полупроводников. Процессы генерации и рекомбинации носителей заряда. Эффект Холла в полупроводниках.

ОЛ-2 §4.4. ОЛ-3 §8.6. ДЛ-4 §40.5, 40.6. ДЛ-8 §8.1-8.4.

Лекция 14. Контактные явления в полупроводниках. Р-n – переход. Распределение электронов и дырок в р-n – переходе. Ток основных и неосновных носителей через р-n – переход. Вольтамперная характеристика р-n – перехода. Выпрямляющие свойства р-n – перехода.

ОЛ-2 §4.5. ОЛ-3 §9.5. ОЛ-4 §69. ДЛ-8 §8.7.

Лекция 15. Структура атомного ядра. Характеристики ядра: заряд, масса, энергия связи, спин и магнитный момент. Свойства и обменный характер ядерных сил. Деление тяжелых ядер и цепные реакции. Термоядерный синтез.

ОЛ-1 §7.1. ОЛ-3 §10.1-10.4. ОЛ-6 §87-95, 98. ДЛ-3 §8.1-8.3.

Лекция 16. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Активность. Естественная и искусственная радиоактивность. Виды радиоактивных излучений. Эффект Мессбауэра. Радиоактивные ряды, закон сложного распада. Источники радиоактивных излучений. Радиоизотопный анализ.

ОЛ-1 §7.2. ОЛ-3 §6.6, 10.5. ОЛ-6 §71-76. ДЛ-3 §8.4, 8.5.

Лекция 17. Элементарные частицы. Их основные характеристики. Типы взаимодействий. Классификация частиц. Лептоны и адроны. Кварковая структура адронов. Симметрия и законы сохранения в мире элементарных частиц.

ОЛ-1 §7.4. ОЛ-3 §11.1, 11.4, 11.8-11.11. ОЛ-6 §104-110. ДЛ-3 §9.1-9.7.

Тему “Взаимодействие ядерных излучений с веществом” студенты прорабатывают самостоятельно. При этом рассматривают следующие вопросы: Детектирование различных излучений. Понятие о дозиметрии и защите.

ОЛ-3 §11.2. ОЛ-6 §79-83. ДЛ-5 §41.6.

Лекция 18 (резервная). Квантовые объекты нанотехнологий. Квантовые ямы, квантовые нити, квантовые точки, углеродные нанотрубки. Их структура, свойства, перспективы практического применения. Сканирующие зондовые микроскопы: СТМ, АСМ, ОМБП. Принцип работы и разрешающая способность.

ОЛ-1 Приложение.

Семинары

МОДУЛЬ 5:

Занятие 1. Квантовые свойства света.

Ауд.: ОЛ-7 зад. 6.235, 6.240, 5.19, 5.35. МП-3а.

Дома: ОЛ-7 зад. 5.18, 5.34. ОЛ-8. МП-3а.

Занятие 2. Волновые свойства микрочастиц.

Ауд.: ОЛ-7 зад. 5.89, 5.99, 5.100, 5.108.

Дома: ОЛ-7 зад. 5.87, 5.101. ОЛ-8. МП-1. МП-2. МП-3б.

Занятие 3. Движение микрочастиц в стационарных полях.

Ауд.: ОЛ-7 зад. 5.131, 5.133, 5.137, 5.157.

Дома: ОЛ-7 зад. 5.125, 5.155. ОЛ-8. МП-1. МП-2. МП-3в.