Physikalisches Wahlfach: Quantendynamik (PW)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Elective Course in Physics: Quantum Dynamics)
(Prüfungsordnungsmodul: Physikalische Wahlfächer für Studierende der Materialphysik)

Lehrveranstaltungen:

• • Quantendynamik
    (Vorlesung, 2 SWS, Michael Thoss, Di, 14:00 - 16:00, HH)
  • Übung zur Vorlesung Quantendynamik
    (Übung, 2 SWS, Michael Thoss, Mi, 15:00 - 17:00, HF; Mi, 16:00 - 18:00, SR 01.683)

Inhalt:

In vielen Bereichen der Physik spielen dynamische Prozesse und zeitabhängige Phänomene eine wichtige Rolle. Die Beispiele reichen von der laserinduzierten Bewegung von Elektronen in Atomen, Molekülen und Festkörpern über die Dynamik von Bose-Einstein-Kondensaten ultrakalter Gase bis zu Energietransferprozessen in der Photosynthese. Dabei sind quantenmechanische Phänomene wie Tunnelprozesse und Interferenz häufig von großer Bedeutung. Mit der Entwicklung ultrakurzer Laserpulse ist es möglich geworden, auch sehr schnelle Prozesse im Femto- und Attosekundenbereich direkt zu verfolgen.

In dieser Vorlesung sollen theoretische Methoden zur Beschreibung dynamischer Prozesse in Quantensystemen erarbeitet und auftretende Phänomene anhand repräsentativer Beispiele aus der Atom-, Molekül- und Festkörperphysik untersucht werden. Ausgangspunkt ist die zeitabhängige Schrödingergleichung, welche die grundlegende Beschreibung dynamischer Prozesse in der Quantenmechanik liefert. Nach einer Wiederholung der quantenmechanischen Grundlagen, werden Näherungsmethoden zur Lösung der zeitabhängigen Schrödingergleichung behandelt. Anschließend werden verschiedene fortgeschrittene quantendynamische Methoden wie Dichtematrixverfahren, Mastergleichungen und Pfadintegrale diskutiert, welche es erlauben, auch komplexere quantenmechanische Systeme und dissipative Phänomene wie Relaxation und Dekohärenz in offenen Quantensystemen zu behandeln.

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden

• kennen quantendynamische Methoden wie Dichtematrixverfahren, Mastergleichungen und Pfadintegrale

• wenden die Beschreibung dynamischer Prozesse in Quantensystemen auf repräsentative Beispiele aus der Atom-, Molekül- und Festkörperphysik an

• erläutern dissipative Phänomene wie Relaxation und Dekohärenz in offenen Quantensystemen

Literatur:

• D. Tannor, Introduction to Quantum Mechanics – A Time-Dependent Perspective

• J. E. Bayfield, Quantum Evolution – An Introduction to Time-Dependent Quantum Mechanics

• K. Blum, Density Matrix Theory and Applications

• W.P. Schleich, Quantum Optics in Phase Space

• E. Fick, G. Sauermann, The Quantum Statistics of Dynamic Processes

• U. Weiss, Quantum Dissipative Systems

• H.-P. Breuer, F. Petruccione, The Theory of Open Quantum Systems

• H. Kleinert, Pfadintegrale

• W. Dittrich, M. Reuter, Classical and Quantum Dynamics – From Classical Paths to Path Integrals

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Materialphysik (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2010 | Module des 3. bis 6. Fachsemesters | Physikalische Wahlfächer für Studierende der Materialphysik)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Physikalisches Wahlfach: Quantendynamik (Prüfungsnummer: 504646)

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: WS 2014/2015

1. Prüfer:

Michael Thoss