Pytania na egzamin z Mechaniki Kwantowej dla Niefizyków (MKDN) -------------------------------------------------------------- 1. Które z poniższych zdań o doświadczeniu Younga są prawdziwe? a. ujawnia korpuskularną naturę światła. b. ujawnia falową naturę światła. c. ujawnia korpuskularną naturę materii (elektronów). d. ujawnia falową naturę materii (elektronów). 2. Czy wynik doświadczenia Younga zmienia się dla pojedynczych elektronów? 3. Dyfrakcja to ... zmiana kierunku rozchodzenia się fal (ugięcie) 4. Interferencja to ... nakładanie się fal  wzmocnienia i wygaszania 5. Fale de Broglie’a 6. Co zmienia obecność obserwatora w doświadczeniu Younga? 7. Budowa interferometru Macha-Zehndera 8. „Gumka” kwantowa 9. Interpretacja probabilistyczna funkcji falowej 10. Zasada superpozycji 11. Jakie wielkości wiąże transformata Fouriera? a. czas i częstość (energię) b. czas i położenie c. czas i częstość (energię) d. położenie i prędkość (pęd) e. położenie i częstość (energię) f. położenie i czas 12. Czy w mechanice kwantowej możliwe jest znalezienie toru ruchu cząstki? 13. Zasada nieoznaczoności a transformata Fouriera funkcji falowej 14. Które zdania są prawdziwe? a. Po pomiarze stan opisuje jedna z jego funkcji własnych b. Po pomiarze stan opisuje superpozycja (złożenie) f. własnych c. Po pomiarze ewolucja układu zatrzymuje się. d. Pomiar nie wpływa na stan mierzonego układu. 15. Kot Schrödingera 16. Zjawisko tunelowania 17. Pomiar bez udziału fotonu, czyli jak wykryć sprawne bomby. 18. Czy gapienie się na kwantowy czajnik opóźnia zagotowanie wody? 19. Odwrócenie doświadczenia Younga: dyfrakcja elektronów na fotonach (efekt Kapicy-Diraca). 20. Nielokalność mechaniki kwantowej i zjawisko Aharonova-Bohma 21. Dlaczego w niskich temperaturach opór elektryczny w metalach maleje do zera? Teoria BCS par Coopera 22. Wymień trzy zjawiska wykorzystywane w SQUID 23. Jakie wyniki daje doświadczenie Younga, gdy przez szczeliny przypuszczamy: a. fale (wodne, elektromagnetyczne) b. cząstki: ziarna piasku lub soli c. fotony, elektrony Jaki wniosek można stad wyciągnąć? Które z powyższych wyników zmienia się, gdy za szczelinami znajdzie się obserwator? 24. Czy oddziaływanie z układem pomiarowym może zmienić stan cząstki kwantowej? 25. Co to jest kolaps funkcji falowej? W jakiej sytuacji może zajść? 26. Jakie wyniki i z jakimi prawdopodobieństwami może dać pomiar polaryzacji fotonu w stanie ||> + |−> |/> = --------- sqrt(2) w bazie +, a jakie w bazie ×? Ile wynosi amplituda prawdopodobieństwa otrzymania w pomiarze wyniku |−>? 27. Czy za pomocą pomiarów w bazie + można rozróżnić stany polaryzacji ||> + |−> ||> - |−> |/> = --------- i |\> = --------- ? sqrt(2) sqrt(2) 28. Czy wszystkie wielkości fizyczne można zmierzyć jednocześnie? Jakich wielkości fizycznych nie można zmierzyć jednocześnie? Co można powiedzieć o funkcjach własnych wielkości, które można lub nie można zmierzyć jednocześnie? 29. Co to znaczy, ze dwie wielkości fizyczne komutują? 30. Czy w dwóch kolejnych, następujących bezpośrednio po sobie pomiarach tej samej wielkości fizycznej, możemy otrzymać różne wyniki? 31. Na czym polega paradoks kota Schrödingera? 32. Jaka nazwę nosi zjawisko utraty spójności przez układ kwantowy? Jaki jest jego związek z paradoksem kota Schrödingera? 33. Czy w mechanice kwantowej można stworzyć kopie znanego stanu kwantowego? Czy można sklonować nieznany stan? 34. Czy wystarczy do stworzenia kopii nieznanego stanu wystarczy jedna kopia oryginału? 35. Która z interpretacji mechaniki kwantowej najlepiej oddaje wyniki eksperymentów? 36. Podaj przykłady rodzajów promieniowania elektromagnetycznego. 37. Jaki jest związek miedzy energia fotonu a częstotliwością jego drgań? 38. Co to jest polaryzacja światła? 39. Jakie są przykładowe źródła niespolaryzowanego/spolaryzowanego światła? 40. Jak można spolaryzować niespolaryzowane światło? 41. Wymień przykłady zastosowań zjawiska polaryzacji. 42. Czym różni się światło kwantowe pod klasycznego? Jak nazywa się źródło światła klasycznego o najmniejszych fluktuacjach natężenia? 43. Wymień przykłady źródeł pojedynczych fotonów. 44. Na czym polega zjawisko spontanicznego parametrycznego dzielenia częstości? Jak nazywają się stany, które powstają w tym zjawisku? Podaj przykład. 45. Na czym polega paradoks EPR? Jakie dwa wyjaśnienia paradoksu proponowali Einstein, Podolski i Rosen? 46. Co miały na celu eksperymentalne testy nierówności Bella? 47. Ile informacji w stosunku do klasycznego bitu zawiera bit kwantowy? a. mniej niż klasyczny b. tyle samo co klasyczny c. więcej niż klasyczny 48. Ilu liczb rzeczywistych potrzeba by opisać stan kubitu? 49. Podaj przykłady układów fizycznych, w których można zakodować kubit. 50. Podaj przykłady jednokubitowych i dwukubitowych bramek logicznych. 51. Podaj działanie bramek jednokubitowych na stanach bazowych i na superpozycjach. 52. Podaj działanie bramek dwukubitowych na stanach bazowych. 53. Pokaz ze bramki sterowanego zaprzeczenia i sterowanej fazy są związane bramkami Hadamarda. 54. Która z bramek jest odwracalna: klasyczna bramka XOR czy kwantowa bramka CNOT? 55. Czy do realizacji algorytmów kwantowych niezbędne są bramki wielokubitowe? Jakie? 56. Na czym polega trudność w fizycznej realizacji bramek dwukubitowych dla fotonów? 57. Co ulega teleportacji w protokole omawianym na wykładzie? 58. Omów poznany protokół teleportacji. 59. Do przeprowadzenia teleportacji potrzebna jest: a. para dowolnych cząstek kwantowych b. jedna cząstka w superpozycji położeń (|laboratorium Alicji> + |laboratorium Boba>) / sqrt(2) c. splatana para cząstek, dzielona przez Alicje i Boba 60. Czy na końcu protokołu teleportacji Alicja i Bob oboje maja po swojej kopii teleportowanego stanu? 61. Co to jest i do czego służy klucz kryptograficzny? Czy dowolnego ciągu bitów można użyć jako klucza kryptograficznego? 62. Czy klucz kryptograficzny może być ogłoszony publicznie? 63. Omów protokół BB84 dystrybucji klucza kryptograficznego. 64. O jakie zjawisko oparta jest kwantowa dystrybucja klucza w protokole BB84? a. superpozycji b. klonowania c. splatania 65. Co to znaczy, ze kwantowe metody dystrybucji klucza są bezpieczne? 66. Jakie zjawisko jest podstawa szybkości algorytmów kwantowych? a. superpozycji b. klonowania c. splatania 67. Wymień 5 stanów skupienia materii. 68. Jaki jest związek miedzy temperatura gazu a prędkością atomów/cząsteczek, które go tworzą? 69. Kondensat Bosego - Einsteina może powstać: a. w ultra niskich temperaturach b. w temperaturze ciekłego azotu 1.6 K c. w temperaturze pokojowej d. w ultra wysokich temperaturach (np. na powierzchni Słońca) 70. Na czym polega chłodzenie laserowe? Co to jest efekt Dopplera? Jak efekt Dopplera pomaga w chłodzeniu laserowym? 71. Po włączeniu pułapki magnetooptycznej: a. z czasem zwiększa się liczba spułapkowanych atomów b. z czasem zmniejsza się liczba spułapkowanych atomów 72. W zjawisku chłodzenia przez odparowanie a. zwiększa się liczba spułapkowanych atomów b. zmniejsza się liczba spułapkowanych atomów 73. Czym charakteryzuje się funkcja falowa atomów w kondensacie? 74. Na czym polega detekcja (wykonanie zdjęć) kondensatu Bosego-Einsteina? Czy pomiar kondensatu jest destrukcyjny? Dlaczego? 75. Podaj przykład zjawiska, w którym kondensaty wykazują zachowanie o charakterze falowym. 76. Które procesy mogą być źródłem energii? a. rozszczepienie ciężkich atomów b. rozszczepienie lekkich atomów c. fuzja ciężkich atomów d. fuzja lekkich atomów 77. Co jest produktem cyklu p-p I? 78. Co to jest plazma? 79. Wymień i opisz jednym zdaniem urządzenia, które pozwalają na uzyskanie kontrolowanej fuzji jądrowej? 80. Jakie zjawisko wykorzystywane jest w NIF? 81. Kryterium Lawsona (podwójny iloczyn) 77. Ile attosekund mieści się w sekundzie? 78. Co to jest i jak są generowane HHG (wyższe harmoniczne)? 79. Jak działa klasyczna i attosekundowa kamera smugowa? 80. Jaka jest moc najsilniejszego obecnie lasera? 81. Czym zajmuje się fizyka attosekundowa? 82. Co to jest nanoantena? 83. Proszę podać przykłady materiałów z jakich się wytwarza nanoantyny (plastik? diament? metale szlachetne?). 84. Jaki jest rząd wielkości rozmiaru nanoanten? (metr? 10 mm? 100 nm? 0.1 nm?) 85. Jak działa nanoantena? (Skupia pole elektromagnetyczne do niewielkich obszarów przestrzennych? Wzmacnia pole elektromagnetyczne na dużych obszarach przestrzennych? Pochłania pole elektromagnetyczne i emituje atomy?) 86. Co to znaczy że nanoanteny mają rezonansowe właściwości optyczne? 87. Czy nanoanteny optyczne mogą skupiać pole elektromagnetyczne do obszarów rozmiaru mniejszego niż długość fali optycznej? 88. Co to jest metapowierzchnia? 89. Proszę podać przykłady zastosowań nanoanten i metapowierzchni. 90. Jak się nazywają materiały o ujemnym współczynniku złamania? Proszę podać przykłady takich substancji występujących naturalnie. 91. Proszę podać zasadę działania "peleryny niewidki". 92. Czy nanoanteny zwiększają czy zmniejszają prawdopodobieństwo oddziaływania układu atomowego (cząsteczki, centrum NV w diamencie, itp.) z fotonem? Czy czas życia układu atomowego w stanie wzbudzonym jest wówczas krótszy czy dłuższy? 93-98 - [Wykład 1] 99. Promieniowanie widzialne to promieniowanie elektromagnetyczne o długościach fal λ leżących w zakresie .... nm. 100. Doświadczenie Rutherforda doprowadziło do odkrycia: a. elektronu, b. jądra atomowego, c. cząstki α. 101. Rozmiar atomu to w przybliżeniu .... m, a rozmiar jądra atomowego to w przybliżeniu .... m (proszę podać tylko rząd wielkości). 102. W modelu Bohra atomu wodoru elektron może obiegać jądro po orbicie kołowej, której promień r wynika z założenia, że: mvr = .... . Proszę uzupełnić prawą stronę powyższego wzoru oraz podać, co oznaczają występujące w tym wzorze symbole m oraz v, a także niewymienione powyżej symbole, które należało wpisać po prawej stronie wzoru. m oznacza .... v oznacza .... 103. Atom emituje promieniowanie w trakcie: a. ruchu elektronu wokół jądra, b. przeskoku elektronu między orbitami. [Wykład 2] 104. Co nazywamy poziomem energetycznym atomu w modelu Bohra? 105. Elektron przeskakuje z poziomu energetycznego o energii E2 na poziom energetyczny o energii E1. Częstotliwość f promieniowania emitowanego przez atom wskutek tego przejścia elektronowego jest związana z energiami E1 i E2 wzorem: f = .... 106. Promieniowanie emitowane podczas przejść elektronowych pomiędzy poziomami energetycznymi atomu wodoru układa się w linii widmowe tworzące tzw. serie widmowe (Lymana, Balmera, Paschena…). Wszystkie linie należące do jednej serii widmowej powstają wskutek: a. przeskoku elektronu z różnych poziomów energetycznych na ten sam wpólny poziom, b. przeskoku elektronu z jednego wspólnego poziomu na różne poziomy energetyczne. 107. Jaki obiekt nazywamy studnią potencjału? Czy energia cząstki w studni potencjału jest skwantowana? 108. Na czym polega zjawisko tunelowe? [Wykład 3] 109. Energia elektronu w atomie wodoru ze wzrostem liczby kwantowej n: a. rośnie, b. maleje. 110. Jaką wielkość fizyczną opisują liczby kwantowe l oraz ml (ml = m z indeksem dolnym l)? 111. Co to jest spin elektronu? 112. Na czym polega zjawisko zwane degeneracją stanów elektronowych? 113. O czym mówi zasada Pauliego? [Wykład 4] 114. Cząstki elementarne dzielą się na bozony i fermiony. Fermiony to cząstki o spinie ...., a bozony to cząstki o spinie .... 115. Poziomy energetyczne atomu umieszczonego w polu magnetycznym mogą się rozszczepiać, co objawia się jako rozszczepienie linii w widmie promieniowania atomu. O efekcie tym decyduje wartość liczby kwantowej .... 116. Pochłonięciu (absorpcji) fotonu przez atom towarzyszy przejście elektronu pomiędzy poziomami energetycznymi. W procesie tym pochłaniany foton przekazuje atomowi .... 117. Akcja laserowa zachodzi dzięki zjawisku emisji wymuszonej. Warunkiem, by była ona efektywna, a więc aby możliwa była generacja promieniowania laserowego, jest wytworzenie w układzie atomowym zjawiska inwersji obsadzeń, które polega na tym, że .... 118. Realizacja zjawiska rezonansu magnetycznego wymaga umieszczenia atomu w stałym zewnętrznym polu magnetycznym oraz dodatkowo w polu magnetycznym, które .... Pytania kontrolne do części wykładu Fizyka kwantowa dla niefizyków 119. Na Model Standardowy składają się cząstki budujące Wszechświat i opis odziaływań pomiędzy nimi. Jakie są cztery fundamentalne oddziaływania w przyrodzie i które z nich udało się zunifikować? 120. Na czym polegało doświadczenie Rutherforda i jaki wniosek fizycy wyciągnęli z jego wyników? 121. Czy prawdą jest, że neutrony zostały odkryte przez J. J. Thompsona pod koniec XIX wieku? 122. Gdzie znajduje się najnowocześniejszy w Polsce ośrodek protonoterapii raka wykorzystujący nowoczesne cyklotrony do precyzyjnego niszczenia tkanek rakowych? 123. Jakie cząstki są wykorzystywane w zderzeniach w głównym akcelaratorze o nazwie Tevatron w ośrodku Fermilab w USA? 124. Wymienić co najmniej trzy metody (przyrządy) służące do detekcji cząstek elementarnych. 125. Jakim najważniejszym odkryciem może pochwalić się Tevatron z ośrodka Fermilab w USA? 126. Ile mamy rodzajów neutrin? Wymienić co najmniej dwa z nich. 127. Czy teoria odziaływań silnych Yukawy wykorzystywała miony jako nośniki oddziaływań? 128. Z jakich kwarków składa się neutron? 129. Łamania jakiej symetrii i przez jakie oddziaływania dowodziło doświadczenia Madame Wu? 130. Cząstka K─ (K minus) ma budowę us (s z kreską nad literą). Czy zaliczamy ją do mezonów? 131. Jak nazywa się kwantowa teoria pola opisująca oddziaływania silne pomiędzy kwarkami? 132. Jaki symbol nadano obojętnemu elektrycznie nośnikowi oddziaływań słabych? 133. Jakie są dwa główne kanały rozpadu cząstki Higgsa obserwowane w LHC? 134. Czy Large Hadron Collider (LHC) znajduje się w Brookhaven niedaleko Nowego Jorku? 135. Kto i kiedy jako pierwszy przewidział istnienie fal grawitacyjnych? 136. Jakie zjawisko astrofizyczne było źródłem obu dotychczas zarejestrowanych przez detektory zjawisk przejścia fali grawitacyjnej? 137. Czy to prawda, że niewielkie modyfikacje akceleratora LHC pozwolą w najbliższej przyszłości na osiągnięcie energii Teorii Wielkiej Unifikacji? 138. Czy to prawda, że niewielkie modyfikacje detektorów fal grawitacyjnych pozwolą w najbliższej przyszłości na zarejestrowanie fali grawitacyjnej powstającej w wyniku zderzenia i połączenia się dwóch gwiazd neutronowych?