De quantumfysica die in het middelbare-schoolprogramma wordt behandeld is het topje van een grote ijsberg van theorie en toepassingen. Om wat er in dat topje gebeurt goed aan leerlingen uit te kunnen leggen, is het goed om ook iets meer te weten over de basis. Doel van deze cursus is om die basis te leggen, op een niveau dat inligt tussen dat van de middelbare school en dat van een universitair college quantumfysica. Daar komt de nodige wiskunde bij kijken, maar natuurlijk steeds met een oog op wat die wiskunde in natuurkundige termen betekent. Na een min of meer historische inleiding in de basisbegrippen van de quantummechanica (golven en deeltjes, zwarte stralers, foto-elektrisch effect, Bohrse banen) bespreken we zowel Schrödingers golf-formalisme als Diracs ‘bra-ket’-formalisme voor het beschrijven van quantumtoestanden. Met die kennis op zak bekijken we meer geavanceerdere concepten zoals de onzekerheidsrelatie van Heisenberg, verstrengeling, spin en tunnelen. Natuurlijk besteden we ook aandacht aan de raadsels rond de interpretatie van de quantummechanica, en komen toepassingen zoals de quantumcomputer, tunnelmicroscoop en quantummaterie aan bod. We eindigen de cursus met een meer populairwetenschappelijk overzicht van de ontwikkelingen sinds de tweede helft van de 20e eeuw: quantumveldentheorie, bosonen en fermionen, supersymmetrie en snaartheorie.

Boswell-Bèta, Daltonlaan 400, 3584 BK Utrecht

• Begrip van oplossingen van de Schödingervergelijking en wat die oplossingen betekenen, het kunnen bepalen van eenvoudige oplossingen.
• Beschrijven en begrijpen van eenvoudige discrete quantumsystemen in Diracs bra-ketnotatie.
• Kennis van zwarte stralers, foto-elektrisch effect, Bohrs atoommodel, twee-spletenexperiment en begrip van de rol die quantummechanica in deze verschijnselen speelt.
• Begrip van technische begrippen als superpositie, verstrengeling en de onzekerheidsrelatie.
• Begrip (ook op het niveau van eenvoudige berekeningen) van toepassingen als quantumcomputers, scanning-tunnelinmicroscoop en elektrische geleiding, en de rol die quantummechanica daarin speelt.
• Begrip van de interpretatie-problemen rond de quantummechanica en van enkele voorgestelde oplossingen. (Kopenhagen-interpretatie, ‘many worlds’-interpretatie, rol van verborgen variabelen.)
• Inzicht (op meer ‘populairwetenschappelijk’ niveau) in moderne ontwikkelingen als quantumveldentheorie, bosonen en fermionen, supersymmetrie en snaartheorie.

1. Syllabus bestaande uit de slides van de presentaties met waar nodig verdere geschreven toelichting.
2. De cursus maakt geen gebruik van een vast boek, maar twee goede bronnen voor wie verdere achtergrondliteratuur wil zijn (1) ‘Quantum Physics – A Beginner’s Guide’ van Alastair I. M. Rae (ISBN-13: 978-1851683697 – let op, er is ook een vrijwel gelijknamig maar veel geavanceerder boek van dezelfde auteur!), (2) ‘Quantum Mechanics – The Theoretical Minimum’ van Leonard Susskind (ISBN-13:‎ 978-0465062904).

Schriftelijk tentamen. Daarnaast een didactische presentatie-opdracht en wekelijkse leesopdrachten – wie vijf van deze opdrachten inlevert kan het resultaat van de didactische opdracht voor 30% in het eindcijfer laten meetellen.

Marcel Vonk,  Robbie Škoravić en Bram Berkelmans (UvA)