Theoretical Physics IV (Quantumphysics and statistical physics: advanced concepts)

Die Ergebnisse der Nachklausur finden Sie am Aushang im vierten Stock von Gebäude E2.6. Die Klausureinsicht findet am Montag, den 03.04.2017, um 14:00 Uhr in Raum 4.18 statt.

Vorlesung: Giovanna Morigi

 

Übungsgruppen: Gruppeneinteilung.

Vorlesung

  • Mittwoch 12:15 - 14:15 Uhr, Gebäude C6 4, Hörsaal I (0.08)
  • Donnerstag 10:15 - 12:15 Uhr, Gebäude E1 3, Hörsaal II (0.02.1)

Vorlesungsbeginn: Mittwoch, 26.10.2016, 12:00 Uhr, Gebäude C6 4, Hörsaal I (0.08)

Letzte Vorlesung: Donnerstag, 16.02.2017, 10:00 Uhr, Gebäude E1 3, Hörsaal II (0.02.1)

Klausuren:

  • Hauptklausur: 23.02.2017, Do., 9:00 - 12:00 Uhr, GrHS C6.4
  • Nachklausur:  30.03.2017, Do., 9:00 - 12:00 Uhr

Übungsgruppen:

Donnerstag, 14:00 Uhr, Gebäude E2 4, Seminarraum 8 (3.18)
Freitag, 10:00 Uhr, Gebäude E2 6, Raum 4.18
Gruppeneinteilung

Tutorium:

Freitag, 14:00, Gebäude E2 5, Seminarraum 3

Übungsblätter:

Prüfungsleistungen

  • Prüfungsvorleistung: Mindestens 50% der Votierpunkte und Vorrechnen einiger Aufgaben. Wurde die entsprechende Prüfungszulassung bereits früher erworben, entfallen diese Vorleistungen (ein Nachweis darüber muss vorgelegt werden).
  • Bestehen einer der beiden Klausuren (wie die Klausuren gewertet werden, entnehmen Sie bitte der Prüfungsordnung Ihres Studienganges).

Inhalt der Vorlesung

I. Paramagnetismus in Festkörpersystemen

  • 1.0 Experimentelle Ursprünge
  • 1.1 Ein theoretisches Modell: Micro- und Makrozustände, Erwartungswerte
  • 1.2 Thermisches Gleichgewicht - Energieerhaltung und thermisches Gleichgewicht. Entropie als Maß der Unordnung. Thermischer Kontakt.
  • 1.3 Von der Statistik zur Thermodynamik: Relative und absolute Temperatur. Entropie. Boltzmann Gibbs Verteilung

II. Quantenstatistik

  • 2.1 Die Dichtematrix
  • 2.2 Die Postulate der Quantenstatistik
  • 2.3 Die mikrokanonische Gesamtheit: Herleitung der Thermodynamik. Der klassische Grenzwert.
  • 2.4 Die kanonische Gesamtheit: Herleitung der Thermodynamik. Energiefluktuationen. Der klassische Grenzwert.
  • 2.5 Die großkanonische Gesamtheit: Zustandsgleichung. Ensembleequivalenz. Der klassische Grenzwert.
  • 2.6 Bose-Einstein und Fermi-Dirac Statistik: N-Teilchen Wellenfunktionen. Pauli Spin-Statistik-Theorem. Großkanonische Verteilungsfunktion für ideale BE und FD Gase. Das Boltzmann Gas.

III. Fermi Systeme

  • 3.1 Grundlegende Eigenschaften eines idealen Fermi Gases. Zustandsgleichung für das großkanonische Ensemble.
  • 3.2 Grenzwert hoher Temperaturen und niedriger Dichten.
  • 3.3 Grenzwert niedriger Temperaturen und hoher Dichten: Die Fermi Energie. Die Fermi Temperatur. Thermodynamik eines Fermi Gases.

IV. Bose Systeme

  • 4.1 Grundlegende Eigenschaften eines idealen Bose Gases. Zustandsgleichung für das großkanonische Ensemble.
  • 4.2 Bose Einstein Kondensation: Die kritische Temperatur. Thermodynamik eines Bose Gases

V. Boltzmann Transport Equation

  • 5.1 Phase-space distributions; Liouville equation
  • 5.2 The Boltzmann transport equation: hypothesis of molecular chaos
  • 5.3 The Boltzmann H-theorem
  • 5.4 The Maxwell-Boltzmann distribution
  • 5.5 Gibbsian ensemble and BBGKY hierarchy. 

Literatur

  • R. Balian, “From Microphysics to Macrophysics”,  Vol. 1, Springer Verlag
  • E. Fermi, “Thermodynamics”, Dover Eds.
  • K. Huang, “Statistical Mechanics”, Wiley Eds.
  • “Proof of the ergodic theorem and the H-theorem in quantum mechanic”, John von Neumann, European Phys. J. H 35: 201-237 (2010). German original in Zeitschrift fuer Physik 57: 30-70 (1929); https://arxiv.org/abs/1003.2133 .
  • “Long-Time Behavior of Macroscopic Quantum Systems: Commentary Accompanying the English Translation of John von Neumann’s 1929 Article on the Quantum Ergodic Theorem”, Sheldon Goldstein, Joel L. Lebowitz, Roderich Tumulka, Nino Zanghi, European Phys. J. H 35: 173-200 (2010); https://arxiv.org/abs/1003.2129