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402-0206-00L 8 Credits BSC , DR , MSC D-MATL , D-MATH , D-PHYS , D-ITET

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Quantum Mechanics II

Lecturers & Examiners: Dr. Massimiliano Grazzini

VVZ CR n/a

Last Updated: 2026-06-01 11:33:18

Abstract

Many-body quantum physics rests on symmetry considerations that lead to two kinds of particles, fermions and bosons. Formal techniques include Hartree-Fock theory and second-quantization techniques, as well as quantum statistics with ensembles. Few- and many-body systems include atoms, molecules, the Fermi sea, elastic chains, radiation and its interaction with matter, and ideal quantum gases.

Objective

Basic command of few- and many-particle physics for fermions and bosons, including second quantisation and quantum statistical techniques. Understanding of elementary many-body systems such as atoms, molecules, the Fermi sea, electromagnetic radiation and its interaction with matter, ideal quantum gases and relativistic theories.

Content

The description of indistinguishable particles leads us to (exchange-) symmetrized wave functions for fermions and bosons. We discuss simple few-body problems (Helium atoms, hydrogen molecule) und proceed with a systematic description of fermionic many body problems (Hartree-Fock approximation, screening, correlations with applications on atomes and the Fermi sea). The second quantisation formalism allows for the compact description of the Fermi gas, of elastic strings (phonons), and the radiation field (photons). We study the interaction of radiation and matter and the associated phenomena of radiative decay, light scattering, and the Lamb shift. Quantum statistical description of ideal Bose and Fermi gases at finite temperatures concludes the program. If time permits, we will touch upon of relativistic one particle physics, the Klein-Gordon equation for spin-0 bosons and the Dirac equation describing spin-1/2 fermions.

Resources

Literature

G. Baym, Lectures on Quantum Mechanics (Benjamin, Menlo Park, California, 1969) L.I. Schiff, Quantum Mechanics (Mc-Graw-Hill, New York, 1955) A. Messiah, Quantum Mechanics I & II (North-Holland, Amsterdam, 1976) E. Merzbacher, Quantum Mechanics (John Wiley, New York, 1998) C. Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Laloe, Quantum Mechanics I & II (John Wiley, New York, 1977) P.P. Feynman and A.R. Hibbs, Quantum Mechanics and Path Integrals (Mc Graw-Hill, New York, 1965) A.L. Fetter and J.D. Walecka, Theoretical Mechanics of Particles and Continua (Mc Graw-Hill, New York, 1980) J.J. Sakurai, Modern Quantum Mechanics (Addison Wesley, Reading, 1994) J.J. Sakurai, Advanced Quantum mechanics (Addison Wesley) F. Gross, Relativistic Quantum Mechanics and Field Theory (John Wiley, New York, 1993)

Learning Materials (Links)

Moodle course
Moodle-Kurs / Moodle course

General Information

Language: English
Levels: BSC , DR , MSC
Frequency: Yearly recurring

Examination

Type: session examination
Mode: written 120 minutes
Aids: None

Course Components

Type	Title	Time & Place	Hours
lecture	Quantum Mechanics II	Tue 10:45-11:30 (HPH G 3) Thu 09:45-11:30 (HPH G 2)	3 h weekly
exercise	Quantum Mechanics II Excercises start in the second week of the semester.	Tue 11:45-13:30 (HIL D 60.1) Tue 11:45-13:30 (HIL E 10.1) Tue 11:45-13:30 (HIL E 5) Tue 13:45-15:30 (HIT J 53) Tue 13:45-15:30 (HIT K 52) Thu 07:45-09:30 (HIT J 52) Thu 07:45-09:30 (HIT K 51)	2 h weekly

Offered In

Mathematik Bachelor
- Wahlfächer
  - Auswahl: Mathematische Physik, Theoretische Physik (Im Bachelor-Studiengang Mathematik ist auch 402-0204-00L Elektrodynamik als Wahlfach anrechenbar, aber nur unter der Bedingung, dass 402-0224-00L Theoretische Physik nicht angerechnet wird (weder im Bachelor- noch im Master-Studiengang). Wenden Sie sich für die Kategoriezuordnung nach dem Verfügen des Prüfungsresultates an das Studiensekretariat ( ).)
Physik Bachelor
- Kernfächer
  - Theoretische Kernfächer
Mathematik Master
- Anwendungsgebiet (Nur für das Master-Diplom in Angewandter Mathematik erforderlich und anrechenbar. In der Kategorie Anwendungsgebiet für den Master in Angewandter Mathematik muss eines der zur Auswahl stehenden Anwendungsgebiete gewählt werden. Im gewählten Anwendungsgebiet müssen mindestens 8 KP erworben werden. Kreditpunkte aus anderen Anwendungsgebieten sind nicht für weitere Anwendungsgebiete anrechenbar.)
  - Theoretical Physics (Im Master-Studiengang Angewandte Mathematik ist auch 402-0204-00L Elektrodynamik als Fach im Vertiefungsgebiet Theoretical Physics anrechenbar, aber nur unter der Bedingung, dass 402-0224-00L Theoretische Physik nicht angerechnet wurde oder wird (weder im Bachelor- noch im Master-Studiengang). Wenden Sie sich für die Kategoriezuordnung nach dem Verfügen des Prüfungsresultates an das Studiensekretariat ( ).)
- Wahlfächer (Für das Master-Diplom in Angewandter Mathematik ist die folgende Zusatzbedingung (nicht in myStudies ersichtlich) zu beachten: Mindestens 14 KP der erforderlichen 26 KP aus Kern- und Wahlfächern müssen aus Bereichen der angewandten Mathematik und weiteren anwendungsorientierten Gebieten stammen.)
  - Wahlfächer aus Bereichen der angewandten Mathematik ... (vollständiger Titel: Wahlfächer aus Bereichen der angewandten Mathematik und weiteren anwendungsorientierten Gebieten)
    - Auswahl: Mathematische Physik, Theoretische Physik
Doktorat Materialwissenschaft (Weitere Informationen unter: )
- Vertiefung Fachwissen
  - Science & Technology of the Small (MaP Doctoral School)
Quantum Engineering Master
- Wahlfächer (This is a selection of courses particularly suitable for the MSc QE. In agreement with the tutor, students may choose other courses from the ETH course catalogue.)