Lernergebnisse
Das Modul Höhere Atom- und Molekülphysik vermittelt mittels Vorlesungen, Übungen und Projekten grundlegende physikalische Konzepte, grundlegende Experimente und theoretische Werkzeuge in der modernen Atom- und Molekülphysik und Optik (AMOP), mit dem Fokus auf Atomphysik und Quanteninformation (Attosekundenphysik + Höhere Atomphysik, Option I) oder alternativ mit dem Fokus auf Molekülphysik, Festkörperphysik und weiche Materie (Attosekundenphysik + Zwischenmolekulare Wechselwirkungen, Option II).
(Option I) Bei Wahl der Option I lernen die Studierenden die folgenden grundlegenden Konzepte sowie experimentellen und theoretischen Methoden:
(i) Konzepte: Verschränkung (Entanglement), Laserkühlung und Speicher mit Lasern, Bose-Einstein Kondensation, kalte Rydberg Gase and langreichweitige Vielteilchen-Wechselwirkung, Zeit- und Frequenzstandards, Freie Elektronen Laser, Ionisation, "dressed atoms", optisches Tunneln, Tunnelzeit, ultraschnelle (sub-laser-cycle) Dynamik, Quantentrajektorien, Mehrfachstreuung, Erzeugung höherer Harmonischer, Kramers-Henneberger Atom, Elektronenspin Polarisation, Zirkulardichroismus, Chiralität, Quantencomputer.
(ii) Experimentelle Methoden: Präzisionsspektroskopie mit ultrakalten atomaren Gasen und einzelnen Atomen/Ionen, experimentelle Realisierung verschränkter atomarer Zustände in Ionenfallen und kalten Rydberg Gasen, zeitaufgelöste Spektroskopie mit neuartigen intensiven kurzen Laserpulsen, Molekularstrahlen, Vakuumtechniken, Speicherung geladener und neutraler Teilchen, neuartige spektroskopische Techniken mit Lasern, Elektrononen und Ionen (Frequenzkamm, Reaktionsmikroskop).
(iii) Theoretische Methoden: Vielkanal-Quantendefekt Theory, Autoionisation und Fano Theorie, zeitabhängige Quantummechanik und Wellenpacketdynamik, Keldysh Theorie und S-Matrix Methoden für starke Felder, zeitabhängige semiklassische Methoden und Quantentrajektorien, Kramers-Henneberger Ansatz, Methoden für numerische Lösung der zeitabhängigen Schrödinger Gleichung in starken Laserfeldern, Anwendung quantenchemischer Methoden auf zeitabhängige molekularen Response einschließlich nicht-hermitischer Quantenmechanik.
Am Ende des Kurses sind die Studierenden in der Lage, die oben genannten theoretischen Werkzeuge kompetent anzuwenden, um Experimente zur Abbildung der Elektronendynamik in Atomen und Molekülen sowie spektroskopische Präzisionsexperimente zu analysieren und zu entwerfen.
(Option II) Bei Wahl der Option II lernen die Studierenden die folgenden grundlegenden Konzepte sowie experimentellen und theoretischen Methoden:
(i) Konzepte: Intermolekulares Wechselwirkungspotential, Pauli Repulsion, Dispersion und van der Waals Kräfte, Wasserstoffbrücken, Protontransfer, Tunnelprozesse (Protonen), Nullpunktseffekte, Dissoziation, Ionisation, “laser-dressed“ elektronische Zustände, optisches Tunneln, Tunnelzeit, ultraschnelle (sub-laser-cycle) Dynamik, Quantentrajektorien, Mehrfachstreuung, Erzeugung höherer Harmonischer, Kramers-Henneberger Atom, Spinpolarisation, molekulare Chiralität.
(ii) Experimentelle Methoden: Molekülspektroskopie, Streuexperimente, Messmethoden für intermolekulares Potential, Abgrenzung zur chemischen Bindung.
(iii) Theoretische Methoden: Methoden zur Berechnung des intermolekulares Potentials (kurz- und langreichweitige Beiträge, klassische und quantenmechanische Beschreibung), zeitabhängige Quantemmechanik und Wellenpacketdynamik, Keldysh Theorie und S-Matrix Methoden für starke Felder, zeitabhängige semiklassische Methoden und Quantentrajektorien, Kramers-Henneberger Ansatz, Methoden für numerische Lösung der zeitabhängigen Schrödinger Gleichung in starken Laserfeldern, Anwendung quantenchemischer Methoden auf zeitabhängige molekularen Response einschließlich nicht-hermitischer Quantenmechanik.
Am Ende des Kurses sind die Studierenden in der Lage, die oben genannten theoretischen Werkzeuge kompetent anzuwenden, um Experimente zur Bestimmung intermolekularer Potentiale, zur Abbildung der Elektronendynamik in Atomen und Molekülen, sowie zur Quanteninformationverarbeitung zu analysieren und entwerfen.
Dieses Modul behandelt auch Themen zur Nachhaltigkeit und Technikfolgenabschätzung. Für weitere
Details, siehe die Modulbeschreibungen der Einzelmodule.
