Ατομική Φυσική

Το μάθημα ασχολείται με την σε βάθος περιγραφή της δομής των ατόμων. Αρχικά γίνεται μια σύντομη ανασκόπηση των βασικών αρχών της Κβαντικής θεωρίας και των μονοηλεκτρονικών ατομικών συστημάτων. Στη συνέχεια δίνεται ιδιαίτερο βάρος στην αλληλεπίδραση αυτών με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία εστιάζοντας μεταξύ άλλων στην διπολική προσέγγιση, τους κανόνες επιλογής των μεταβάσεων, τους χρόνους ζωής και την φασματική κατανομή των καταστάσεων. Έπειτα εξετάζεται η συνεισφορά των μη-Κουλομπικών όρων στις υδρογονικές ενεργειακές καταστάσεις (λεπτή και υπερλεπτη υφή, μετατόπιση Lamb, κ.α.) και της συμπεριφοράς τους σε εξωτερικά μαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία (φαινόμενα Zeeman και Stark). Τα συναφή κεφάλαια συνοδεύονται από μια σύντομη ανασκόπηση της θεωρίας διαταραχών. Κατόπιν εξετάζονται τα ατομικά συστήματα δυο ηλεκτρονίων. Κατασκευάζεται η κυματοσυνάρτησή τους με έμφαση στη σπιν συνιστώσα, υπολογίζεται η ενέργεια της βασικής κατάστασης, εξετάζονται οι απλά και οι διπλά διεγερένες καταστάσεις και το φαινόμενο Auger. Στο επόμενο κεφάλαιο η μελέτη επεκτείνεται στα πολυηλεκτρονικά άτομα. Εξετάζονται η προσέγγιση του κεντρικού πεδίου, το μοντέλο Thomas-Fermi και η μέθοδος Hartree-Fock. Έμφαση δίνεται στην σύζευξη LS, την ονοματολογία των καταστάσεων και τους κανόνες Hund. Με βάση αυτά σχολιάζεται η ηλεκτρονική δομή των στοιχείων του περιοδικού πίνακα. Τέλος εξετάζεται το φάσμα των αλκαλίων και των ακτίνων Χ. Ως εφαρμογές κι επιστέγασμα των παραπάνω εξετάζονται με λεπτομέρεια τρία ειδικά θέματα Ατομικής φυσικής: Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, οι ταλαντώσεις Rabi και η αλληλεπίδραση με πολύ ισχυρά ΗΜ πεδία.

Στόχοι Μαθήματος

Πρωταρχικός στόχος του μαθήματος είναι η σε βάθος κατανόηση της ηλεκτρονικής δομής των ατόμων και των ατομικών διαδικασιών στην επίδραση εξωτερικών πεδίων. Με το πέρας του μαθήματος ο φοιτητής αναμένεται να έχει επεκτείνει τις γνώσεις του στην Κβαντική θεωρία συμπεριλαμβάνοντας την περιγραφή συστημάτων με πολλά ηλεκτρόνια. Επί πλέον αναμένεται να έχει εξοικειωθεί με ρεαλιστικούς κβαντομηχανικούς υπολογισμούς που σχετίζονται με προβλήματα ατομικής δομής αλλά και δυναμικής όταν εμπλέκονται εξωτερικά πεδία.

Προαπαιτούμενες Γνώσεις

Σύγχρονη Φυσική ΙΙ (42), Κβαντική Θεωρία Ι (51), Κβαντική Θεωρία ΙΙ (61)

Περιεχόμενα

Στοιχεία Κβαντομηχανικής, Μονοηλεκτρονιακά ατομικά συστήματα, Αλληλεπίδραση μονοηλεκτρονιακών ατομικών συστημάτων με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, Λεπτή και υπέρλεπτη υφή, Μονοηλεκτρoνικά άτομα σε εξωτερικά πεδία, Ατομικά συστήματα δυο ηλεκτρονίων, Ατομικά συστήματα πολλών ηλεκτρονίων