Física (plan 2002) 2023-1

Optativas, Introducción a la Física Atómica y Molecular

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Contacto: jacksonpc@fisica.unam.mx

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Horario del Curso

Lunes-Miércoles-Viernes de 14:00 a 16:00

El salón se publicará en los próximos días.

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Liga de Classroom

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- Se recomienda como pre-requisito: Introducción a la física cuántica, ecuaciones diferenciales I, cálculo diferencial e Integral IV.

- Se recomienda como pre-requisito (no-indispensable): mecánica cuántica, matemáticas avanzadas de la física.

- Este es un curso ideal para personas que quieren reforzar conocimientos en mecánica cuántica y aplicaciones.

Objetivo General:

Familiarizar al estudiante con las aplicaciones de los métodos aproximados de la mecánica cuántica en la física atómica y molecular, ofreciendo herramientas para abordar problemas modernos de enfriamiento atómico, correlaciones, entrelazamiento, etc.

Metodología:

En este curso pretende seguir metodologías complementarias a la estándar del profesor en una

(i) Se implementarán métodos de evaluación y acompañamiento de problemas y artículos de enseñanza, para que el estudiante formule sus propias preguntas y que por sus habilidades llegue a sus propias respuestas.

(ii) El curso se proporcionará herramientas para el desarrollo de un tema de interés elegido por el estudiante o de pequeños grupos de trabajo. El objetivo a grandes rasgos pretende motivar al estudiante a realizar investigación básica y reforzar los conocimientos relacionados con la física atómica y molecular.

Evaluación:

La evaluación será llevada usando dos estrategias:

(i) Proyecto final (50%): Es un escrito tipo artículo que tiene como objetivo mostrar el desempeño del estudiante y consolidar los conceptos aprendidos en clase.

(ii) Exposición del proyecto final (50%): Es un escrito tipo artículo que tiene como objetivo mostrar el desempeño del estudiante y consolidar los conceptos aprendidos en clase.

Al comienzo de clases los estudiantes serán informados de los criterios adoptados para completar con éxito el curso.

Contenido:

1. Revisión de mecánica cuántica

1.1. Fundamentos de la mecánica cuántica

1.2. Oscilador armónico

1.3. Teoría de perturbaciones independiente del tiempo

1.4. Método variacional

2. Átomo de Hidrógeno

2.1. Espectro, funciones de onda y distribuciones

2.2. Valores esperados y propiedades físicas

2.3. Aproximación relativista

3. Teoría de momento angular

3.1. Formalismo

3.2. Suma de momento angular

3.3. El vector de Runge-Lenz

4. Teoría de perturbaciones para el átomo de Hidrógeno

4.1. Orígenes relativistas

4.2. Acoplamiento espín-órbita

4.3. Estructura fina e hiperfina

4.4. Campos externos: eléctricos y magnéticos

5. Átomo de Helio

5.1. Simetrización

5.2. Espectro del para-Helio y el orto-Helio

6. Interacción radiación materia

6.1. Imágenes

6.2. Teoría de perturbaciones dependiente del tiempo

6.3. Segunda cuantización para la interacción átomo-campo

6.4. El átomo en un campo electromagnético – decaimiento espontáneo

7. Matriz densidad

7.1. Representaciones de la matriz densidad

7.2. Sistemas de átomos de dos niveles

7.3. Átomo de dos niveles en un campo electromagnético

7.4. Modelo de Jaynes-Cummings

8. Aplicaciones en la física atómica

8.1. Líneas espectrales y espectroscopía Doppler

8.2. Fuerza de la luz sobre los átomos y melaza óptica

8.3. Confinamiento magnético y óptico (trampas atómicas)

9. Física molecular

9.1. Introducción y grados de libertad

9.2. Aproximación de Born-Oppenheimer

9.3. Método variacional

9.4. Solución al problema electrónico (Hatree-Fock)

9.5. Solución al problema nuclear

10. Átomos ultrafríos

10.1. Introducción a la estadística cuántica

10.2. Efectos colectivos (condensación de Bose-Einstein y gases degenerados de Fermi)

10.3. Resonancias de Feshbach.

10.4. Superfluidez

Bibliografía básica:

- Foot, C. J., "Atomic Physics", Oxford University Press (2005).

- Metcalf, J. H. and Van der Straten, P., "Laser cooling and trapping", Springer-Verlag (1999).

- Bransden, B. H. and Joachain, C. J., "Physics of atoms and molecules", 2nd Edition, Prentice Hall (2003).

Bibliografía complementaria:

- Letokhov, V.S., "Laser control of atoms and molecules", Oxford University Press (2007).

- Pethick, C.J. and Smith H., "Bose-Einstein condensation in dilute gases", 2nd Edition, Cambridge University Press (2008).