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Academic Year/course: 2023/24

447 - Degree in Physics

26921 - Quantum Physics I


Syllabus Information

Academic year:
2023/24
Subject:
26921 - Quantum Physics I
Faculty / School:
100 - Facultad de Ciencias
Degree:
447 - Degree in Physics
ECTS:
7.0
Year:
3
Semester:
First semester
Subject type:
Compulsory
Module:
---

1. General information

This subject is the first of the Structure of Matter module of the Physics degree and its objective is to provide the student with a broad vision of the physical phenomena associated with Quantum Physics, its methods and applications and its relationship with related subjects. The objectives are shared with Quantum Physics II.

These approaches and objectives are aligned with the Sustainable Development Goals (SDGs) of the 2030 Agenda of United Nations (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) so that the acquisition of the learning results of the subject provides training and knowledge, skills and competencies to contribute to some extent to the achievement of Goals 1,3,7 and 9.

 

2. Learning results

  • Relate the photoelectric effect, blackbody radiation, the Compton effect, pair production and the Bohr model in the quantum description of physical systems 

  • Solve rectangular potential wells (finite and infinite) in one dimension and interpret the solution from a quantum point of view

  • Solve potentials with spherical symmetry, in particular the hydrogen atom.

  • Calculate the probabilities of measurement of an observable in a wave function.

  • Composing angular moments and handling the Clebsch-Gordan coefficient tables.

 

3. Syllabus

1. Introduction: What is Quantum Physics and why study it?

2. Origins of quantum theory: corpuscular properties of waves.

3. Wave properties of free particles: atomic models and de Broglie's hypothesis.

4. Particles subjected to external conservative forces: Schrödinger equation. Simple examples in one dimension.

5. Quantum harmonic oscillator.

6. Dirac Formalism. State space. Bras and kets. Postulates of Quantum Mechanics.

7. Physical content of the quantum formalism.

8. Angular momentum. Central potentials. Hydrogen atom.

9. Addition of angular momentum. Clebsch-Gordan coefficients.

 

4. Academic activities

  • Theory classes (45 hours): The contents of the subject will be presented

  • Problem classes (15 hours): Problems related to the previous contents will be solved.

  • Laboratory practice (10 hours): There will be 4 practices in 2 laboratory sessions dedicated to the observation, analysis and experimental measurement of quantum phenomena.

  • Personal study and work (100 hours): 86 hours of study and problem solving and 14 hours of writing of laboratory practice reports.

  • Evaluation tests (5 hours): The comprehensive exams will be held on the dates indicated by the Faculty of Science.



 

5. Assessment system

Each student will be able to choose between face-to-face and non-face-to-face modalities.

Face-to-face mode (30% continuous evaluation and 70% written exam):

a) Continuous evaluation (3 points total):

1. Laboratory practices (2 points): The laboratory work will be done in pairs. The report of the lab results of will be evaluated by means of a 15-minute individual public presentation.

2. Solving problems assigned in class (1 point).

The student who does not take the practical exam or does not hand in all the assigned problems will be evaluated in the non-face-to face mode However, they may choose to save the separate grade for practices or problems, if any.

b) Written examination (7 points): Problems and theory questions to be solved during approximately 3.5 hours.

Non-attendance mode: A single comprehensive test consisting of two examinations.

- Same written exam as for on-site students (7 points)

- Additional exam (1.5 hours, 3 points total) that will contain a question on laboratory practices (2 points) and problems or questions based on the collection of problems used in class (1 point).

 


Curso Académico: 2023/24

447 - Graduado en Física

26921 - Física cuántica I


Información del Plan Docente

Año académico:
2023/24
Asignatura:
26921 - Física cuántica I
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
Titulación:
447 - Graduado en Física
Créditos:
7.0
Curso:
3
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
---

1. Información básica de la asignatura

Esta asignatura es la primera del módulo de Estructura de la Materia del grado en Física y su objetivo es proporcionar al estudiante una visión amplia de los fenómenos físicos asociados a la Física Cuántica, sus métodos y aplicaciones y su relación con materias afines. Los objetivos se comparten con la asignatura Física Cuántica II.

Estos planteamientos y objetivos están alineados con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de Naciones Unidas (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y conocimientos, habilidades y competencias para contribuir en cierta medida al logro de los objetivos 1,3,7 y 9.

2. Resultados de aprendizaje

  • Relacionar el efecto fotoeléctrico, la radiación de un cuerpo negro, el efecto Compton, la producción de pares y el modelo de Bohr en la descripción cuántica de los sistemas físicos.
  • Resolver pozos de potencial rectangulares (finitos e infinitos) en una dimensión e interpretar la solución desde un punto de vista cuántico.
  • Resolver potenciales con simetría esférica, en particular el átomo de hidrógeno.
  • Calcular las probabilidades de medida de un observable en una función de onda.
  • Componer momentos angulares y manejar las tablas de coeficientes de Clebsch-Gordan.

3. Programa de la asignatura

  1.  Introducción: ¿Qué es y por qué estudiar Física Cuántica?
  2. Orígenes de la teoría cuántica: propiedades corpusculares de las ondas.
  3. Propiedades ondulatorias de las partículas libres: modelos atómicos e hipótesis de de Broglie.
  4. Partículas sometidas a fuerzas externas conservativas: Ecuación de Schrödinger. Ejemplos simples en una dimensión.
  5. Oscilador armónico cuántico.
  6. Formalismo de Dirac. Espacio de estados. Bras y kets. Postulados de la Mecánica Cuántica.
  7. Contenido físico del formalismo cuántico.
  8. Momento angular. Potenciales centrales. Átomo de hidrógeno.
  9. Adición de momentos angulares. Coeficientes de Clebsch-Gordan.

4. Actividades académicas

  • Clases de teoría (45 horas): Se expondrán los contenidos de la asignatura
  • Clases de problemas (15 horas): Se resolverán problemas relacionados con los contenidos anteriores.
  • Prácticas en el laboratorio (10 horas): Se realizarán 4 prácticas en 2 sesiones de laboratorio que se dedicarán a la observación, el análisis y la medida experimental de fenómenos cuánticos.
  • Estudio y trabajo personal (100 horas): 86 horas de estudio y resolución de problemas y 14 horas de elaboración de informes de prácticas de laboratorio.
  • Pruebas de evaluación (5 horas): Los exámenes globales se celebrarán en las fechas indicadas por la Facultad de Ciencias.

5. Sistema de evaluación

Cada estudiante podrá elegir entre la modalidad presencial y la no presencial.

Modalidad presencial (30% de evaluación continua y 70% de examen escrito):

a) Evaluación continua (3 puntos en total):

1. Prácticas de laboratorio (2 puntos): El trabajo de laboratorio se realizará por parejas. El informe de los resultados de laboratorio se evaluará mediante exposición pública individual de 15 minutos de duración.
2. Resolución de problemas asignados en clase (1punto).

El alumno que no se examine de prácticas o no entregue todos los problemas asignados pasará a ser evaluado como no presencial. Sin embargo, podrá optar por conservar la nota separada de prácticas o de problemas, si las hubiera.

b) Examen escrito (7 puntos): Problemas y preguntas de teoría a resolver durante un tiempo aproximado de 3,5 horas.

Modalidad no presencial: Prueba global única que consistirá en dos exámenes.
• El mismo examen escrito que para los alumnos presenciales (7 puntos)
• Examen adicional (1,5 horas, 3 puntos en total) que contendrá una pregunta sobre las prácticas de laboratorio (2 puntos) y problemas o cuestiones basados en la colección de problemas usada en clase (1 punto).