Wiley-Schnellkurs Quantenmechanik

Wilhelm Kulisch lehrt seit über zehn Jahren Physik an der Universität Kassel. Neben der Technischen Mechanik unterrichtete er lange Zeit auch Experimentalphysik für Nebenfachstudenten.

• Einleitung 21 Teil I: Einführung1 Gründe für die Quantenmechanik 27Ein schwarzer Körper kann sehr hell strahlen 28Mit Licht Elektronen auslösen: Der Photoeffekt 33Auch Röntgenstrahlung kann sich wie Teilchen verhalten: Der Comptoneffekt 36Die Materie besteht aus Atomen 37Schlussfolgerung: Die Quantenmechanik ist notwendig 44Und noch eine Schlussfolgerung 45Teil II: Grundlagen2 Mathematische Grundlagen 47Im Prinzip nichts anderes als Rechenvorschriften: Operatoren 44Sie beschreiben ein System: Zustandsvektoren 45Eigenwerte und Eigenvektoren 49Erwartungswert undStandardabweichung 503 Physikalische Grundlagen 61Die Grundlage: Die Schrödingergleichung 61Ab jetzt zählen nur noch Wahrscheinlichkeiten 64Teil III: Lösung quantenmechanischer Aufgabenstellungen4 Teilchen im Potentialtopf 73Entkommen unmöglich: Der unendliche Potentialtopf 73Ein Entkommen ist möglich: Der endliche Potentialtopf 82Dreifach gefangen: Der dreidimensionale Topf 835 Potentialstufen und Potentialbarrieren 89Ein plötzlicher Sprung: Die Potentialstufe 89Nicht undurchdringlich: Die Potentialbarriere 956 Der harmonische Oszillator 101Der klassische Oszillator 101Eindimensionaler Oszillator 104Dreidimensionaler Oszillator 1157 Quantenmechanik ist nicht einfach: Der Drehimpuls 119Der klassische Drehimpuls 119Der quantenmechanische Drehimpuls 120Der Bahndrehimpuls in Kugelkoordinaten 125Es gibt ihn nur in der Quantenmechanik: Der Spin 1328 Ein Elektron und ein Proton: Das Wasserstoffatom 137Die Schrödingergleichung 137Lösung der Radialgleichung 140Hier tummeln sich die Elektronen: Die Orbitale 146Teil IV: Quantenmechanische Effekte9 Der Welle-Teilchen-Dualismus 153Licht: Welle oder Teilchen? 153Elektronen: Teilchen oder Welle? 156Quantenobjekte sind weder Teilchen noch Wellen 16010 Das Pauliprinzip 163Der Spin ist entscheidend: Bosonen und Fermionen 163Gleiche Zustände sind für Fermionen verboten: Das Pauliprinzip 164Die statistische Beschreibung von Bosonen und Fermionen 166Ein Elektron nach dem anderen: Das Periodensystem der Elemente 170Bloß nicht zu nahe kommen 17411 Die Heisenberg’sche Unschärferelation 177Die Unschärferelation und der Messprozess 177Quantenmechanische Herleitung 179Im Alltag spielt die Unschärferelation keine Rolle 184In Physik und Technologie ist die Unschärferelationvon großer Bedeutung 185Gewiss ist die Quantenmechanik ungewiss 189Teil V: Anwendung der Quantenmechanik12 Seltsame Teilchen und Quasiteilchen 191Photonen sieht man, Phononen hört man 192Auch fehlende Teilchen haben Teilchencharakter 197Zu zweit oder im Verbund 20113 Seltsame Ströme 209Zu zweit bewegt es sich leichter: Die Supraleitung 209Voll durch die Wand: Der Tunneleffekt 215Evaneszente Wellen und der optische Tunneleffekt 22414 Quantenmechanik pur: Quantenpunkte 227Extrem klein: Quantenpunkte 227Starke Einschränkungen: Das Elektronen-Confinement 231Viele bunte Farben: Optische Eigenschaften 232Zum Teil seltsame Effekte: Elektrische Eigenschaften 234Es gibt zahlreiche Möglichkeiten zur Realisierung von Quantenpunkten 237Lösungen der Aufgaben 241Index 261