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現在位置: ホーム ja シラバス(2020年度) 理学部 物理学教室 統計力学演習2 統計力学演習2

統計力学演習2 統計力学演習2

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科目ナンバリング
  • U-SCI00 33243 SJ57
開講年度・開講期 2020・後期
単位数 2 単位
授業形態 演習
配当学年 3回生以上
対象学生 学部生
使用言語 日本語
曜時限 金4
教員
  • 北村 光(理学研究科 助教)
授業の概要・目的 地上や宇宙のさまざまな物質は,量子力学にしたがう多数の微視的粒子の集合体であり,量子統計力学に基づいて,その基本的性質を予言・理解することができる。本演習は,主として講義「統計力学B, C」の内容に関連した演習問題を解きながら,具体例を通じて,量子統計力学の基礎概念に親しみ,理解を深めることを目的とする。受講者はいくつかの少人数クラスに分かれ,配布された演習問題の解答を順次板書して発表するとともに,解答内容について議論する。
到達目標 量子力学によって記述される微視的な粒子のふるまいと,そのような粒子の集合体が示す巨視的な性質とのつながりを,単純な実例を通じて体得することを目標とする。物性物理学や原子核物理学などの進んだ内容を学ぶ上での基礎を身につける。出題する各問題には相互に関連性をもたせてあり,順次解き進めながら,論理の全体的な流れが把握できるようになる。
授業計画と内容 概ね以下の内容を取り扱う予定。学期途中で小テストを実施する。
1. 量子統計力学の基礎原理(第1-3回)
 同種粒子の無差別性,ボーズ分布とフェルミ分布の導出,非平衡状態とエントロピー
2. 理想ボーズ粒子系(第4-6回)
 理想ボーズ気体の熱力学,ボーズ・アインシュタイン凝縮,冷却原子系,黒体放射,格子振動
3. 理想フェルミ粒子系(第7-9回)
 理想フェルミ気体の熱力学,フェルミ縮退,磁場中の電子気体,金属・半導体中の電子
4. 相互作用するフェルミ粒子系(第10-12回)
 ハートリー・フォック近似,原子の電子構造と磁性,高密度天体物質,水素分子
5. 相互作用するスピン系(第13-14回)
 交換相互作用,ハイゼンベルグ模型,磁気秩序,相転移と臨界現象
6. フィードバック(第15回)
履修要件 「統計力学C」,「量子力学C」の受講を推奨する。「統計力学B」,「量子力学B」を履修済みであることが望ましい。
授業外学習(予習・復習)等 一つの問題を通じて得られた知見をもとに次の問題へと進み,その繰り返しによって理解を深めていくような構成になっているので,継続的な取り組みが必要である。ノートを必ず用意し,前もって演習問題を解いた上で授業に臨むこと。ノートは後から自分の考えを振り返るための重要な記録であり,丁寧に記入しておくことを勧める。
教科書
  • 演習問題を随時配布する。
参考書等
  • Statistical Mechanics, 3rd Edition, R.K. Pathria & P.D. Beale, (Elsevier, 2011), ISBN: ISBN:978-0123821881
  • Statistical Physics, Part 1, 3rd Edition, L.D. Landau & E.M. Lifshitz, (Butterworth-Heinemann, 1984), ISBN: ISBN:978-0750633727
  • 統計力学(岩波基礎物理シリーズ7), 長岡洋介, (岩波書店, 2008), ISBN: ISBN:978-4000079273
  • 量子化学 上巻, 原田義也, (裳華房, 2009), ISBN: ISBN:978-0521642224
  • 固体の磁性 はじめて学ぶ磁性物理, S. Blundell(中村裕之訳), (内田老鶴圃, 2001), ISBN: ISBN:978-4753620913