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Nobel Lectures in Physics, 1963-1970 by Nobel Foundation

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Elementarteilchenphysik von den Grundlagen zu den modernen Experimenten; mit 51 Tabellen, 88 Übungen mit Lösungshinweisen

Dieses Lehrbuch bietet eine systematische Einf? hrung, von den Grundlagen zu den modernen Experimenten bis hin zu den j? ngsten Entwicklungen des Gebiets. Experimentelle Hilfsmittel wie Beschleuniger und Detektoren werden zu Beginn besprochen. Dann folgen die Symmetrieprinzipien und ihre Anwendungen.

Elements de Mécanique quantique - Tome 1

I Les origines de los angeles Th´eorie quantique
I. 1. Les ideas de l. a. body classique
(I. 1. 1) constitution corpusculaire de l. a. mati`ere
(I. 1. 2) Nature ondulatoire de los angeles lumi`ere
(I. 1. three) Le d´eterminisme de l. a. body classique
I. 2. Ondes ´electromagn´etiques et quanta de lumi`ere
I. three. los angeles nature ondulatoire de l. a. mati`ere
(I. three. 1) Les spectres de raies et les ondes de Louis de Broglie
(I. three. 2) Description quantique d’une particule libre : le paquet d’ondes
I. four. Dualit´e onde-corpuscule de los angeles lumi`ere et de los angeles mati`ere
I. five. Exercices sur les bases exp´erimentales de l. a. m´ecanique quantique
II Syst`emes quantiques simples
II. 1. Etat quantique d’une particule libre
(II. 1. 1) Fonction d’onde
(II. 1. 2) Courant de probabilit´e
(II. 1. three) Valeur moyenne et ´ecart quadratique moyen
(II. 1. four) Op´erateur “impulsion” dans l’espace des coordonn´ees
II. 2. Particule dans un potentiel ind´ependant du temps
(II. 2. 1) ideas stationnaires
(II. 2. 2) Quantification de l’´energie
II. three. l. a. barri`ere de potentiel finie : l’effet tunnel
II. four. Le puits quantique
II. five. L’oscillateur harmonique
(II. five. 1) M´ethode de r´esolution polynˆomiale
(II. five. 2) M´ethode des op´erateurs de cr´eation et de destruction
II. 6. Appendice : Fonction g´en´eratrice des polynˆomes d’Hermite et oscillateur harmonique
(II. 6. 1) Orthonormalit´e des fonctions 'n(x) de l’oscillateur harmonique
(II. 6. 2) Valeurs moyennes et probabilit´e de transition
III Fondements de los angeles th´eorie quantique
III. 1. Equation de Schr¨odinger et ses propri´et´es
(III. 1. 1) Spectre de l’op´erateur hamiltonien et aspect de vue du calcul vectoriel
(III. 1. 2) Le vecteur d’´etat de l’espace d’Hilbert E et ses propri´et´es
(III. 1. three) Repr´esentation des coordonn´ees |ri
(III. 1. four) Repr´esentation des impulsions |pi
(III. 1. five) formula matricielle : Repr´esentation des ´etats d’´energie
(III. 1. 6) D´eg´en´erescence d’un niveau d’´energie
III. 2. constitution de l’espace de Hilbert "H et produits tensoriels d’espaces
III. three. Le processus de mesure et sa description quantique
(III. three. 1) Commutateurs et grandeurs physiques simultan´ement mesurables
(III. three. 2) Grandeurs physiques non simultan´ement mesurables : G´en´eralisation des family d’incertitude
de Heisenberg
III. four. L’´equation d’´evolution
III. five. Les diff´erents sch´emas en m´ecanique quantique
(III. five. 1) Le sch´ema de Schr¨odinger
(III. five. 2) Le sch´ema de Heisenberg
(III. five. three) Le sch´ema d’interaction
III. 6. L’op´erateur de densit´e
III. 7. Int´egrale premi`ere et sym´etrie
(III. 7. 1) Observables compatibles et constantes du mouvement
(III. 7. 2) Sym´etrie et constante du mouvement
(III. 7. three) G´en´erateur d’une transformation de sym´etrie
(III. 7. four) Sym´etrie de translation
III. eight. Sym´etrie par rapport aux variations de particules identiques, les “bosons” et les “fermions”
III. nine. M´ethodes d’approximation pour l. a. r´esolution de l’´equation de Schr¨odinger
(III. nine. 1) Th´eorie de perturbation
(III. nine. 2) M´ethode variationnelle lin´eaire
III. 10. Conclusions : Postulats de l. a. body quantique
III. eleven. Appendice : Le cadre math´ematique de l’espace de Hilbert "H
IV Les moments angulaires en th´eorie quantique
IV. 1. Fonctions propres et valeurs propres du second cin´etique orbital : M´ethode polynˆomiale
IV. 2. Sym´etrie de rotation et second angulaire
IV. three. M´ethode alg´ebrique : Les op´erateurs d’´echelle
IV. four. Repr´esentation matricielle des op´erateurs du second angulaire
IV. five. Le spin d’une particule
(IV. five. 1) Le second magn´etique de l’´electron
(IV. five. 2) Exp´erience de Stern et Gerlach
(IV. five. three) Vecteur d’´etat et op´erateur de spin
(IV. five. four) Pr´ecession du spin dans un champ magn´etique
(IV. five. five) Composition de deux moments angulaires
IV. 6. Appendice : Fonctions sp´eciales associ´ees au second angulaire
(IV. 6. 1) Polynˆomes de Legendre
(IV. 6. 2) Les harmoniques sph´eriques
V Particules dans un champ de strength central
V. 1. Le probl`eme de deux particules en th´eorie quantique
(V. 1. 1) Potentiel `a sym´etrie sph´erique
(V. 1. 2) Vibrations et rotations d’une mol´ecule
V. 2. L’atome hydrog´eno¨ıde
(V. 2. 1) Fonction d’onde totale et ses propri´et´es
V. three. constitution high quality des atomes alcalins
(V. three. 1) Interactions spin-orbite
(V. three. 2) Corrections relativistes
V. four. Effet de Zeeman des atomes alcalins
(V. four. 1) Atome plac´e dans un champ magn´etique quelconque
(V. four. 2) Effet Zeeman anomal
(V. four. three) Effet Paschen-Back
V. five. Etats quantiques de los angeles mol´ecule diatomique
V. 6. Appendice : Propri´et´es des fonctions sp´eciales de l’atome hydrog´eno¨ıde
(V. 6. 1) Les polynˆomes de Laguerre associ´es
VI Transitions entre ´etats stationnaires
VI. 1. Mouvement d’une particule charg´ee soumise `a un champ ´electromagn´etique
(VI. 1. 1) Le hamiltonien du syst`eme
(VI. 1. 2) motion d’un champ magn´etique constant
(VI. 1. three) Invariance de jauge
VI. 2. Perturbations non stationnaires
(VI. 2. 1) R`egle d’or de Fermi
VI. three. Le rayonnement dipolaire
VI. four. Corrections multipolaires
VI. five. Expression quantique des coefficients d’Einstein
VI. 6. Coefficients d’absorption
VI. 7. R`egles de s´election et le spectre optique d’atome `a un ´electron
(VI. 7. 1) Les r`egles de s´election d’un oscillateur harmonique et d’un atome hydrog´eno¨ıde r´ealiste
VII creation `a l. a. th´eorie quantique non-relativiste des syst`emes
de particules identiques
VII. 1. Le formalisme g´en´eral
VII. 2. program `a l’atome d’h´elium
(VII. 2. 1) interplay d’´echange et magn´etisme
VII. three. L’approximation du champ self-consistant de Hartree et de Hartree-Fock
VIII advent `a l. a. th´eorie quantique de l. a. diffusion par un
potentiel
VIII. 1. part efficace de diffusion
(VIII. 1. 1) part efficace diff´erentielle dans le syst`eme du laboratoire
(VIII. 1. 2) Interpr´etation classique et loi de Rutherford
VIII. 2. Traitement stationnaire
(VIII. 2. 1) Equation int´egrale de los angeles diffusion et answer “approch´ee” : “Approximation de Born”
(VIII. 2. 2) Le r`egle d’Or de Fermi et l’approximation de Born
(VIII. 2. three) M´ethode des ondes partielles
Livres de r´ef´erence
– J. L. Basdevant, M´ecanique quantique, ellipses, 1986.
– J. Hladik, M´ecanique quantique, ´editions Masson, Paris, 1997.
Bibliographie
– D. Blokintsev, Principes de m´ecanique quantique, ´editions Mir, Moscou, 1981.
– J. M. L´evy-Leblond, F. Balibar, Quantique. Rudiments, Inter-Editions, Paris, 1984.
– Cl. Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Lalo¨e, M´ecanique quantique, tomes I & II, Hermann, 1980.
– E. Merzbacher, Quantum Mechanics, John Wiley, third ed. , 1998.
– S. Gasiorowicz, Quantum Physics, John Wiley, 1997.
– L. D. Landau, E. M. Lifshitz, Quantum Mechanics, Pergamon Press, third ed. , 1981.
– V. ok. Thankappan, Quantum Mechanics, John Wiley, 2d ed. , 1993.
– A. B. Wolbarst, Symmetry and Quantum Mechanics, Van Nostrand Reinhold Comp. , 1977.
– W. Louisell, Radiation and noise in Quantum Electronics, McGraw-Hill, 1964.
– A. Z. Capri, Nonrelativistic Quantum Mechanics, Benjamin/Cummings, 1985.
– J. J. Sakurai, glossy Quantum Mechanics, Benjamin/Cummings, 1985.
– W. Greiner, B. M¨uller, Quantum Mechanics, vol. I & II, Hermann, 1980.
– T. Fliessbach, Quantenmechanik, Spektrum Akademischer Verlag, 1995.
– R. W. Robinett, Quantum Mechanics, Oxford college Press, 1997.

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Example text

The uncertainty principle requires very strong forces to confine electrons to such a small volume. These non-Coulomb forces should then show up just as well in the hydrogen spectrum and change the Balmer formula; in particular, they should give rise to a much larger splitting than that discovered later by Lamb. I cannot discuss other similarily grave inconsistencies of the model in this limited time. In view of these conflicts many physicists, including Niels Bohr, were inclined to expect far-reaching changes in our basic physical concepts, even in quantum mechanics*.

There is no longer a factor 2, since the spin is now fixed. Notice that [2(1-1-1/2)+1]+2(1--I/2)+1=2(21+1), so that there are still 30 1963 MARIA GOEPPERT MAYER the same total number of states. I shall refer to the half integer j of a nucleon in a given state as its spin in this state. The basic assumption of the shell model is that there is a strong interaction between spin and orbital angular momentum, giving the level j= l+ 1/2 a considerably lower energy. Since the splitting is proportional to l, and presumably goes down somewhat with nuclear size, prominant gaps in the level structure will always occur when a high orbital angular momentum occurs for the first time.

A level with odd l has odd parity, one with even I has even parity. Parity can be measured in various ways, and there is again complete agreement with the predictions. Besides the ground states of nuclei one can also investigate the excited states. One type of excited states are the isomeric levels, which are levels of a very long lifetime, hours, days or even years. The explanation of this phenomenon is that the spins of the isomeric state and the ground state are very different, so that the return to the ground state by the emission of a light quantum is greatly hindered since the light quantum has to take up the difference in angular momentum.

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