Quantenphysik. von Stephen Gasiorowicz 9., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage

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1 Quantenphysik von Stephen Gasiorowicz 9., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage

2 1 Die Entstehung der Quantenphysik Die Strahlung des schwarzen Körpers Der Photoeffekt Der Compton-Effekt Welleneigenschaften der Materie und Elektronenbeugung Das Bohrsche Atom 17 2 Welle-Teilchen-Dualismus, Wahrscheinlichkeit und die Schrödinger-Gleichung Strahlung als Teilchen, Elektronen als Wellen Ebene Wellen und Wellenpakete Die Wahrscheinlichkeitsinterpretation der Wellengleichung Die Schrödinger-Gleichung Die Heisenbergschen Unschärferelationen Mehr zur Wahrscheinlichkeitsinterpretation Erwartungswerte und Impuls in der Wellenmechanik 46 3 Eigenwerte, Eigenfunktionen und der Entwicklungssatz Die zeitunabhängige Schrödinger-Gleichung Eigenwertgleichungen Das Eigenwertproblem für ein Teilchen im Potentialkasten Der Entwicklungssatz und seine physikalische Deutung Die Impulseigenfunktion und das freie Teilchen Parität 77 4 Eindimensionale Potentiale Die Potentialstufe Der Potentialtopf Die Potentialbarriere Ein Beispiel zum Tunnelphänomen Gebundene Zustände im Potentialtopf Deltaförmige Potentiale Der harmonische Oszillator 108

3 5 Die allgemeine Struktur der Wellenmechanik Eigenfunktionen und Eigenwerte Andere Observablen Vektorräume und Operatoren Entartung und simultane Observablen Zeitabhängigkeit und der klassische Grenzfall Operatormethoden in der Quantenmechanik Neuformulierung der Wellenmechanik - eine abstrakte Betrachtung der Quantenmechanik Das Energiespektrum des harmonischen Oszillators Von den Operatoren zurück zur Schrödinger-Gleichung Die Zeitabhängigkeit der Operatoren Der Drehimpuls Die Vertauschungsrelationen für den Drehimpuls Aufsteige-und Absteigeoperatoren für den Drehimpuls Darstellung der Zustände \l, m) in sphärischen Koordinaten Anmerkungen zum Entwicklungssatz Die Schrödinger-Gleichung in drei Dimensionen und das Wasserstoffatom Das Zentralpotential Das Wasserstoffatom Das Energiespektrum Das freie Teilchen Das Teilchen im unendlichen sphärischen Potentialtopf Matrixdarstellung von Operatoren Matrizen in der Quantenmechanik Matrixdarstellung des Drehimpulsoperators Allgemeine Beziehungen in der Matrizenmechanik Der Spin Eigenzustände mit Spin 1/ Das magnetische Moment der Spin-1/2-Teilchen Paramagnetische Resonanz Addition zweier Spins Die Addition des Spins 1/2 mit dem Bahndrehimpuls Zeitunabhängige Störungstheorie Energieverschiebung und gestörte Eigenzustände Störungstheorie für entartete Zustände Der Stark-Effekt 238

4 12 Das reale Wasserstoffatom Effekte der relativistischen kinetischen Energie Spin-Bahn-Kopplung Der anomale Zeeman-Effekt Hyperfeinstruktur Anmerkungen zu den Effekten der reduzierten Masse Vielteilchensysteme Das Zweiteilchensystem Identische Teilchen Das Pauli-Prinzip Das Ausschlussprinzip und das Zweiteilchenproblem Das Ausschlussprinzip und nicht-wechselwirkende Teilchen Anwendungen Atome und Moleküle Das Heliumatom ohne Elektron-Elektron-Wechselwirkung Der Einfluss der Elektron-Elektron-Wechselwirkung Das Pauli-Prinzip und die Austauschwechselwirkung Das Ritzsche Variationsprinzip Das Atom mit Z Elektronen Das einfachste Molekül Molekülspektren Zeitabhängige Störungstheorie Formalismus Harmonische zeitliche Änderung des Potentials Der Phasenraum Wechselwirkung geladener Teilchen mit einem elektromagnetischen Feld Klassische Elektrodynamik Die Schrödinger-Gleichung für ein Elektron im elektromagnetischen Feld Das konstante Magnetfeld Landau-Niveaus Der ganzzahlige Quanten-Hall-Effekt Eine zusätzliche Anmerkung zur Eichinvarianz Strahlungsübergänge Die Übergangsrate Berechnung des Matrixelementes Winkelintegration und die Austauschregeln Der Übergang 2p -> 1s 358

5 18 Ausgewählte Themen zur Strahlungstheorie Laser Das Kühlen von Atomen Das Zweiniveausystem Das Dreiniveausystem Die Beobachtung von Quantensprüngen Der Mößbauer-Effekt Theorie der Stoßprozesse Der Wirkungsquerschnitt für den Stoß Streuung bei niedrigen Energien Die Bornsche Näherung Die Streuung identischer Teilchen Ein inelastischer Prozess: Der Photoeffekt Verschränkung und ihre Implikationen Das Doppelspaltexperiment und die Weginformation Der Quantenradierer Verschränkung und EPR Der Messprozess in der Quantenmechanik 433 Anhang zu Kapitel A Einsteins Näherung für das Plancksche Gesetz B Schätzung der Lebenszeit des Rutherford-Atoms 442 Anhang zu Kapitel A Das Fourier-Integral und die Deltafunktion B Eine kurze Einführung in die Wahrscheinlichkeitstheorie 451 Anhang zu Kapitel A Die Wentzel-Kramers-Brillouin-Jeffreys-Näherung B Tunnelphänomene in der Kernphysik C Periodische Potentiale 460 Anhang zu Kapitel A Unschärferelationen 469 Anhang zu Kapitel A Rotationsinvarianz B Der Drehimpuls in sphärischen Koordinaten 474 Anhang zu Kapitel A Ein nützliches Theorem B Der Potentialtopf, Kontinuumslösungen 483

6 Anhang zu Kapitel A Addition von Spin 1/2 und Bahndrehimpuls - Details B Das Levi-Civita-Symbol und die Maxwellschen Gleichungen 494 Anhang zu Kapitel A Erhaltung des Gesamtimpulses 497 Anhang zu Kapitel A Die Hartree-Näherung B Das Aufbauprinzip C Eine kurze Behandlung der Moleküle 516 Anhang zu Kapitel A Lebensdauern, Linienbreiten und Resonanzen B Das Wechselwirkungsbild 527 Anhang zu Kapitel A Der Aharonov-Bohm-Effekt B Bessel-Funktionen 537 Anhang zu Kapitel A Der Spin und die Intensitätsregeln 539 Anhang zu Kapitel A Quantisierung des elektromagnetischen Feldes B Details zum Dreiniveausystem 547 Anhang zu Kapitel A Which-Way-Messungen und der Quantenradierer B Die Erzeugung von GHZ-Zuständen C Der Dichteoperator 560 Physikalische Konstanten 567 Literatur 569 Index 575