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Academic Year: 2021/22

32523 - MATHEMATICAL FUNDATIONS OF QUANTUM MECHANICS

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Teaching Plan Information

Code - Course title:
32523 - MATHEMATICAL FUNDATIONS OF QUANTUM MECHANICS
Degree:
616 - Máster en Química Teórica y Modelización Computacional (2013)
651 - Máster Erasmus Mundus en Química Teórica y Modelización Computacional
666 -
748 -
751 - Máster en Química Teórica y Modelización Computacional Europeo
762 -
Faculty:
104 - Facultad de Ciencias
Academic year:
2021/22

1. Course details

1.1. Content area

Mathematical Foundations of Quantum Mechanics

1.2. Course nature

616 - Compulsory
762 - Compulsory
666 - Training Supplement
651 - Compulsory
748 - Compulsory
751 - Compulsory

1.3. Course level

616 - Máster (EQF/MECU 7)
666 - Doctorado (EQF/MECU 8)
762 - Máster (EQF/MECU 7)
651 - Máster (EQF/MECU 7)
748 - Máster (EQF/MECU 7)
751 - Máster (EQF/MECU 7)

1.4. Year of study

751 - Máster en Química Teórica y Modelización Computacional Europeo: 1
651 - Máster Erasmus Mundus en Química Teórica y Modelización Computacional: 1
748 - : 1
762 - : 1
666 - : 99
616 - Máster en Química Teórica y Modelización Computacional (2013): 1

1.5. Semester

616-Annual o First semester
666-Annual o First semester
762-Annual o First semester
651-Annual o First semester
748-Annual o First semester
621-Annual
751-Annual o First semester

1.6. ECTS Credit allotment

5.0

1.7. Language of instruction

English

1.8. Prerequisites

There are no previous prerequisites.

1.9. Recommendations

There are no recommendations.

1.10. Minimum attendance requirement

Attendance is mandatory.

1.11. Subject coordinator

Antonio Picon Alvarez

1.12. Competences and learning outcomes

1.12.1. Competences

BASIC AND GENERAL

CB6 – Students possess and understand knowledge that provides a basis or opportunity to be original in the development and/or application of ideas, often in a research context.

CB7 - Students know how to apply the acquired knowledge and their problem solving capacity in new or little known environments within broader (or multidisciplinary) contexts related to their area of ​​study.

CB8 - Students are able to integrate knowledge and face the complexity of making judgments from information that, incomplete or limited, includes reflections on social and ethical responsibilities linked to the application of their knowledge and judgments.

CB9 - Students know how to communicate their conclusions and the knowledge and reasons that support them to specialized and non-specialized audiences in a clear and unambiguous way.

CB10 - Students possess the learning skills that allow them to continue studying in a way that will be self-directed or autonomous.

CG01 - Students are able to foster, in academic and professional contexts, technological and scientific progress within a society based on knowledge and respect for: a) fundamental rights and equal opportunities between men and women, b) The principles of equal opportunities and universal accessibility for persons with disabilities, and c) the values ​​of a culture of peace and democratic values.

CG02 - Students are able to solve problems and make decisions of any kind under the commitment to the defense and practice of equality policies.

CG03 - Students are able to work as a team both at multidisciplinary level and with their own peers respecting the principle of equality of men and women.

 

CROSS-COMPREHENSIVE

CT01 - Students are able to adapt their selves to different cultural environments by demonstrating that they are able to respond to change with flexibility.

CT02 - Students are organized at work demonstrating that they know how to manage their time and resources.

 

SPECIFIC

CE01- Students demonstrate their knowledge and understanding of the facts applying concepts, principles and theories related to the Theoretical Chemistry and Computational Modeling.

CE04 - Students understand the theoretical and practical bases of computational techniques with which they can analyze the electronic, morphological and structural structure of a compound and interpret the results adequately.

CE12 – Students are familiar with the fundamental postulates of Quantum Mechanics necessary for a good understanding of the most common methods used in quantum chemistry.

CE17 - Students understand and manage the mathematical tools required for the development of theoretical chemistry both in fundamental aspects and applications.

1.12.2. Learning outcomes

To understand the mathematical tools needed to develop the main methods in Quantum Mechanics and to understand the main concepts and applications.

1.12.3. Course objectives

-

1.13. Course contents

Part I

1 - Introduction. Solution of Schrödinger equation in simple systems

2 - Basic algebra

3 - Functional Spaces

4 - Approximate Methods in Quantum Chemistry: Variational Principle and Time-independent Perturbation Theory

5 - Independent and Identical Particles

6 - Angular momentum, spin.

7 - Main theorems in Quantum Mechanics

8 - Composition of Angular Momenta.

 

Part II

9- Pure states and mixed states

10- Postulates of Quantum Mechanics

11- Compatible and incompatible observables

12- Density operators

13- Time evolution pictures

14- Time dependent perturbation theory

15- Compound systems. Correlation and entanglement

16- Discrete representations. Basis changes

17- Position and momentum representations

18- Second quantization formalism

19- Reduced density operators and matrices. Natural spinorbitals

1.14. Course bibliography

a) Very basic level

Quantum Chemistry (6th edition 2008). Ira N Levine. Prentice Hall.

Student Solutions Manual for Quantum Chemistry. Ira N Levine.

Molecular Quantum Mechanics (5th Edition 2010). Peter W. Atkins , Ronald S. Friedman. Oxford University Press.

Quantum Chemistry (2nd edition 2008). Donald A. McQuarrie. University Science Books.

Problems and Solutions for Mcquarrie's Quantum Chemistry. Helen O. Leung, Mark Marshall.

b) Recommended level 

Quantum Mechanics, Volume 1 and 2. Claude Cohen-Tannoudji, Bernard Diu, Frank Laloe. Wiley-Interscience (2005).

Quantum Mechanics (2nd Edition, 2000). B.H. Bransden, C.J. Joachain. Benjamin Cummings.

Problems and Solutions in Quantum Chemistry and Physics. Charles S. Johnson Jr., Lee G. Pedersen. Dover Publications (1987).

Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory. Attila Szabo, Neil S. Ostlund.Dover Publications (1996).

c) Advanced level

Quantum Mechanics Non-Relativistic Theory, Third Edition: Volume 3. L. D. Landau, L. M. Lifshitz.

Quantum Mechanics (2 Volumes in 1). Albert Messiah.

Quantum Mechanics (2 volumes). Alberto Galindo, Pedro Pascual. Springer (1991).

2. Teaching-and-learning methodologies and student workload

2.1. Contact hours

 

# hours

Contact hours (minimum 33%)

43

Independent study time

82

2.2. List of training activities

Activity

Nº hours

Lectures

31

Seminars

12

Practical sessions

 

Clinical sessions

 

Computer lab

 

Laboratory

 

Work placement

 

Supervised study

 

Tutorials

 

Assessment activities

 

Other

 

 

Lecture: The Professor will deliver lectures about the theoretical contents of the course during two-hour sessions. The presentations will be based on the different materials available at the Moodle platform.

Network teaching: All the tools available at the Moodle website (https://posgrado.uam.es) will be used (uploading of teaching materials, utilization of work team strategies, wiki, blogs, e-mail, etc.).

Online Seminars: After the lecturing period, online seminars between the Professor and the students will be arranged at the virtual classroom in order to discuss the results being obtained, the potential problems and difficulties in using the various methodologies as well as to supervise the preparation of the required reports.

Tutoring sessions: The professor can organize either individual or group tutoring sessions about particular topics and questions raised by students.

3. Evaluation procedures and weight of components in the final grade

3.1. Regular assessment

The knowledge acquired by the student will be evaluated along the course. The educational model to follow will emphasize a continuous effort and advance in training and learning.

The final student mark will be based on exercises that must be done during the course. The next criteria will be followed for assessment of student exercises:

  • 60% from a set of proposed exercises.
  • 40% from the student reports, discussions between the student and professor in tutoring session and seminars

3.1.1. List of evaluation activities

Evaluatory activity

%

Final exam

60

Continuous assessment

40

3.2. Resit

The student will have to repeat those exercises not presented during the course and repeat those incorrectly done. The student will also do a final exam. The student mark will be obtained from:

100% from the student exercises presented and discussions between the student and the teachers.

3.2.1. List of evaluation activities

Evaluatory activity

%

Final exam

100

Continuous assessment

 

4. Proposed workplan

Please, check the official schedule posted on the master website.


Curso Académico: 2021/22

32523 - FUNDAMENTOS MATEMÁTICOS DE LA MECÁNICA CUÁNTICA


Información del Plan Docente

Código - Nombre:
32523 - FUNDAMENTOS MATEMÁTICOS DE LA MECÁNICA CUÁNTICA
Titulación:
616 - Máster en Química Teórica y Modelización Computacional (2013)
651 - Máster Erasmus Mundus en Química Teórica y Modelización Computacional
666 - Programa de Doctorado en Química Teórica y Modelización Computacional
748 - Máster Erasmus Mundus en Química Teórica y Modelización Computacional
751 - Máster en Química Teórica y Modelización Computacional Europeo
762 - Máster en Química Teórica y Modelización Computacional (2021)
Centro:
104 - Facultad de Ciencias
Curso Académico:
2021/22

1. Detalles de la asignatura

1.1. Materia

Fundamentos Matemáticos de la Mecánica Cuántica.

1.2. Carácter

616 - Obligatoria
762 - Obligatoria
666 - Complementos de Formación
651 - Obligatoria
748 - Obligatoria
751 - Obligatoria

1.3. Nivel

616 - Máster (MECES 3)
666 - Doctorado (MECES 4)
762 - Máster (MECES 3)
651 - Máster (MECES 3)
748 - Máster (MECES 3)
751 - Máster (MECES 3)

1.4. Curso

751 - Máster en Química Teórica y Modelización Computacional Europeo: 1
666 - Programa de Doctorado en Química Teórica y Modelización Computacional: 99
651 - Máster Erasmus Mundus en Química Teórica y Modelización Computacional: 1
748 - Máster Erasmus Mundus en Química Teórica y Modelización Computacional: 1
762 - Máster en Química Teórica y Modelización Computacional (2021): 1
616 - Máster en Química Teórica y Modelización Computacional (2013): 1

1.5. Semestre

616-Anual o Primer semestre
666-Anual o Primer semestre
762-Anual o Primer semestre
651-Anual o Primer semestre
748-Anual o Primer semestre
621-Anual
751-Anual o Primer semestre

1.6. Número de créditos ECTS

5.0

1.7. Idioma

Inglés

1.8. Requisitos previos

No hay.

1.9. Recomendaciones

No hay.

1.10. Requisitos mínimos de asistencia

La asistencia a las clases es obligatoria.

1.11. Coordinador/a de la asignatura

Antonio Picon Alvarez

1.12. Competencias y resultados del aprendizaje

1.12.1. Competencias

BÁSICAS Y GENERALES

CB6 – Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.

CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.

CB8 - Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.

CB9 - Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.

CB10 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

CG01 - Los estudiantes son capaces de fomentar, en contextos académicos y profesionales, el avance tecnológico y científico dentro de una sociedad basada en el conocimiento y en el respeto a: a) los derechos fundamentales y de igualdad de oportunidades entre hombres y mujeres, b) los principios de igualdad de oportunidades y accesibilidad universal de las personas con discapacidad y c) los valores propios de una cultura de paz y de valores democráticos.

CG02 - Los estudiantes son capaces de resolver problemas y tomar decisiones de cualquier índole bajo el compromiso con la defensa y práctica de las políticas de igualdad.

CG03 - Los estudiantes son capaces de trabajar en equipo tanto a nivel multidisciplinar como con sus propios pares respetando el principio de igualdad de hombre y mujeres.

TRANSVERSALES

CT01 - El/la estudiante es capaz de adaptarse a diferentes entornos culturales demostrando que responde al cambio con flexibilidad.

CT02 - El/la estudiante es organizado en el trabajo demostrando que sabe gestionar el tiempo y los recursos de que dispone.

ESPECÍFICAS

CE01 - Los estudiantes demuestran su conocimiento y comprensión de los hechos aplicando conceptos, principios y teorías relacionadas con la Química Teórica y Modelización Computacional.

CE04 - Comprende los fundamentos teóricos y prácticos de técnicas computacionales con las que puede analizar la estructura electrónica, morfológica y estructural de un compuesto e interpreta adecuadamente los resultados.

CE12 - Está familiarizado con los postulados fundamentales de la Mecánica Cuántica necesarios para un buen entendimiento de los métodos más comunes utilizados en química cuántica.

CE17 - Los estudiantes comprenden y manejan las herramientas matemáticas requeridas para el desarrollo de la Química Teórica en sus aspectos fundamentales y sus aplicaciones.

1.12.2. Resultados de aprendizaje

Comprensión y manejo de las herramientas matemáticas requeridas para el desarrollo de la Mecánica Cuántica en sus aspectos fundamentales y sus aplicaciones.

1.12.3. Objetivos de la asignatura

-

1.13. Contenidos del programa

Fundamentos Matemáticos de la Mecánica Cuántica

Primera Parte:

1- Introducción. Solución de la ecuación de Schrödinger para casos sencillos.

2- Algebra básica.

3- Espacios funcionales.

4 -Métodos aproximados en Química Cuántica: Principio Variacional y Teoría de Perturbaciones independiente del tiempo.

5 -Partículas independientes e idénticas.

6- Momento Angular, spin.

7- Teoremas principales de la Mecánica Cuántica.

8- Composición de momentos angulares.

Segunda Parte:

9- Estados puros y estados mezcla.

10- Postulados de la mecánica cuántica.

11- Observables compatibles e incompatibles.

12- Operadores de densidad.

13- Imágenes de evolución temporal.

14- Teoría de perturbaciones dependientes del tiempo.

15- Sistemas compuestos. Correlación y entrelazamiento.

16- Representaciones discretas. Cambios de base.

17- Representaciones de posiciones y de momentos.

18- Formalismo de segunda cuantización.

19- Operadores y matrices de densidad reducidos. Espinorbitales naturales.

1.14. Referencias de consulta

a) Nivel básico

Quantum Chemistry (6th edition 2008). Ira N Levine. Prentice Hall.

Student Solutions Manual for Quantum Chemistry. Ira N Levine.

Molecular Quantum Mechanics (5th Edition 2010). Peter W. Atkins , Ronald S. Friedman. Oxford University Press.

Quantum Chemistry (2nd edition 2008). Donald A. McQuarrie. University Science Books.

Problems and Solutions for Mcquarrie's Quantum Chemistry. Helen O. Leung, Mark Marshall.

b) Nivel Recomendado  

Quantum Mechanics, Volume 1 and 2. Claude Cohen-Tannoudji, Bernard Diu, Frank Laloe. Wiley-Interscience (2005).

Quantum Mechanics (2nd Edition, 2000). B.H. Bransden, C.J. Joachain. Benjamin Cummings.

Problems and Solutions in Quantum Chemistry and Physics. Charles S. Johnson Jr., Lee G. Pedersen. Dover Publications (1987).

Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory. Attila Szabo, Neil S. Ostlund.Dover Publications (1996).

c) Nivel avanzado

Quantum Mechanics Non-Relativistic Theory, Third Edition: Volume 3. L. D. Landau, L. M. Lifshitz.

Quantum Mechanics (2 Volumes in 1). Albert Messiah.

Quantum Mechanics (2 volumes). Alberto Galindo, Pedro Pascual. Springer (1991).

2. Metodologías docentes y tiempo de trabajo del estudiante

2.1. Presencialidad

 

# horas

Porcentaje de actividades presenciales (mínimo 33% del total)

43

Porcentaje de actividades no presenciales

82

2.2. Relación de actividades formativas

Actividades presenciales

Nº horas

Clases teóricas en aula

31

Seminarios

12

Clases prácticas en aula

 

Prácticas clínicas

 

Prácticas con medios informáticos

 

Prácticas de campo

 

Prácticas de laboratorio

 

Prácticas externas y/o practicum

 

Trabajos académicamente dirigidos

 

Tutorías

 

Actividades de evaluación

 

Otras

 

 

Lección magistral: El profesor expondrá los contenidos del curso en sesiones presenciales de dos horas basándose en los materiales docentes publicados en la plataforma Moodle.

Docencia en red. Se utilizará las distintas herramientas que ofrece la plataforma Moodle (https://posgrado.uam.es). Publicación de contenidos de la asignatura, herramientas de trabajo en grupo: foros de discusión y wiki, correo electrónico

Seminarios online. Con posterioridad a las clases expositivas, se realizarán seminarios online para discutir los resultados obtenidos en los trabajos propuestos, las dudas sobre las metodologías empleadas, y supervisar la preparación de los informes elaborados por los estudiantes.

Tutorías. El profesor realizará tutorías individuales o con grupos reducidos sobre cuestiones puntuales que los estudiantes puedan plantear.

3. Sistemas de evaluación y porcentaje en la calificación final

3.1. Convocatoria ordinaria

Los conocimientos adquiridos por el estudiante serán evaluados a lo largo de todo el curso, intentando que el estudiante avance de forma regular y constante en la asimilación de los contenidos de la asignatura.

La nota final de la asignatura se basará en

  • 60% Entrega de una hoja de ejercicios propuestos.
  • 40% Informes sobre los ejercicios hechos en el aula, tutorías y seminarios.

 

3.1.1. Relación actividades de evaluación

Actividad de evaluación

%

Examen final (máximo 70% de la calificación final o el porcentaje que figure en la memoria)

60

Evaluación continua

40

3.2. Convocatoria extraordinaria

El estudiante tendrá que presentar los trabajos que no haya realizado durante el curso o que haya realizado de forma incorrecta La puntuación en la convocatoria extraordinaria se realizará en base a los siguientes porcentajes:

  • 100% ejercicios

3.2.1. Relación actividades de evaluación

Actividad de evaluación

%

Examen final (máximo 70% de la calificación final o el porcentaje que figure en la memoria)

100

Evaluación continua

 

4. Cronograma orientativo

Por favor, comprobar el horario oficial publicado en la página web del Máster.