Teoreettisen fysiikan esittely
Fysiikan laitos
Oulun yliopisto
10.9.2015
Erkki Thuneberg
Nämä kalvot on saatavissa osoitteessa
http://www.oulu.fi/fysiikka/teoreettinen-fysiikka
Sisältö
Mitä on teoreettinen fysiikka?
Tutkimuskohteet Oulussa
Kursseja
Valmistumisen jälkeen
Matematiikka
Fysiikka
Teoreettinen fysiikka
Tietotekniikka
Mittakaavat
maailmankaikkeus
1020 m
linnunrata
tähtiä
1010 m
aurinkokunta
maapallo
1m
10-10 m
ihminen
atomi
atomiydin
alkeishiukkaset
Tutkimus Oulussa
maailmankaikkeus
1020 m
linnunrata
tähtiä
1010 m
aurinkokunta
maapallo
1m
10-10 m
tähtitiede
avaruusfysiikka
geofysiikka
ihminen
atomi
atomiydin
alkeishiukkaset
biofysiikka
aineen
mesoskooppinen fysiikka
rakenne
atomi- ja molekyylifysiikka
Mesoskooppinen fysiikka
1m
klassinen
fysiikka
1 mm
1 µm
mesoskooppinen fysiikka
1 nm
atomi
1 pm
atomiydin
kvanttifysiikka
Suprajohtavuus
sähkövastus
0
suprajohtava metalli:
sähkövastus häviää
kokonaan matalissa
lämpötiloissa
0
Tc
T
B
suprajohtavaan renkaaseen on
indusoitunut pysyvä virta
kvantittunut magneettivuo
I
=n
0
0
h
=
2e
Suprajuoksevuus
supraneste: nesteen viskositeetti häviää matalissa
lämpötiloissa
supraneste (3He, 4He) ei voi
pyöriä tasaisesti
Fermi-neste
-metallien johtavuuselektronit
-nestemäinen 3He matalissa lämpötiloissa
-neutronitähtien sisusta
-harvat kaasut matalissa lämpötiloissa
Fermi-nesteteorialla voidaan ymmärtää näiden sekä
normaali- että supratila
Heiluri Fermi-nesteessä
tavallinen neste
Heilurin liike aiheuttaa nesteen
virtauksen. Tämä lisää heiluvaa
massaa ja siten pienentää
heilahdustaajuutta.
Fermi-neste
Fermi-nesteessä heilurin taajuus
saattaa kasvaa, ikään kuin heiluriin
olisi kiinnitetty jouset.
Nanorakenteita
superhila
kvanttipiste
Josephsonin liitos
Makroskooppiset kvantti-ilmiöt
harmoninen oskillaattori
E
k
Ekin
C
Epot
m
L
or x
E
...
mutta hiukkanen/magneettivuo onkin aalto
→ seisovat aallot harmonisessa potentiaalissa
h
h
h
h
h
h
or x
ohut eristekerros
Josephsonin liitos
E
...
ohut eristekerros kahden
suprajohtavan elektrodin välissä
Epot =
EJ cos
S1
S2
2
0
0
h
=
2e
h
h
“Cooperin parien laatikko”
kaksitilasysteemi = qubitti
yksi Cooperin pari (Q=2e)
enemmän tai vähemmän
saarekkeella
porttielektrodi
saareke
U
vaatimukset: pieni kapasitanssi, matala
15
C 10
F, T < 1 K
lämpötila
Keinotekoinen molekyyli
- energiarakenne
samanlainen kuin
kaksiatomisella
molekyylillä
- eri parametrit, voidaan
vaikuttaa valmistuksessa
ja myös kokeen aikana
1.4
0.9
U+
E
[K]
kB
ng
E
| |
1.3
HF
= 22 GHz
0.9
k = -2 -1 -1 -1 0 1 1 1 2
0.0
1.0
0.52
0.56
0.60
1.2
0
U–
-0.5
= 872 MHz
LF
Gunnarson et al 2008 (Aalto + Oulu)
0.8
1.1
1.0
0.50
0.7
0.54
0.58
b/
0.64
0
Opetus
Teoreettinen fysiikka pääaineena
Teoreettinen fysiikka sivuaineena
Tavoitteet
- laaja-alainen fysiikan ymmärtäminen
- yksityiskohtaiset tiedot joltain erityisalalta
Kurssit
Matematiikka:
- Fysiikan matematiikkaa
- syvällisempi oppiminen matematiikan laitoksen kursseilla
Tietokoneet, ohjelmointi, laskenta:
- Ohjelmoinnin perusteet
- Numeerinen mallintaminen, ...
Yleistä fysiikkaa, erityisesti
- Mekaniikka
- Aaltoliike ja optiikka
- Sähkömagnetismi
- Atomifysiikka 1
- Kiinteän aineen fysiikka
- Termofysiikka
Fysiikan teoriakursseja:
- Johdatus suhteellisuusteoriaan 1 ja 2
- Analyyttinen mekaniikka
- Kvanttimekaniikka I ja II
- syventävät opinnot
Maisterien sijoittuminen
?
freelance kuvittaja
ikuinen opiskelija
ikuinen opiskelija
jatko-opiskelija Helsingissä
jatko-opiskelija Jyväskylässä
jatko-opiskelija matematiikassa
jatko-opiskelija Sveitsissä
jatko-opiskelija teoreettisessa fysiikassa
jatko-opiskelija teoreettisessa fysiikassa
jatko-opiskelija teoreettisessa fysiikassa
jatko-opiskelija/tutkija CUPP projektissa (Pyhäsalmen maanalaisen fysiikan tutkimuskeskus)
Kehitys- ja opetustehtävissä optiikan alan yrityksessä (Specim)
maanviljelijä?
ohjelmistoalalla
ohjelmistoalalla
ohjelmistoalalla
ohjelmistoalalla (pelisuunnittelufirma)
opettaja (Oulun lyseo)
tutkija, VTT optiikka
tutkija, VTT viestintätekniikka
tutkija, VTT viestintätekniikka
tutkija/jatko-opiskelija, teknillinen tiedekunta
tutkija/jatko-opiskelija, teknillinen tiedekunta
väitellyt Espanjassa, tutkijatohtori London Centre for Nanotechnology
väitellyt fysiikassa, center of scientific computing
väitellyt Saksassa, tutkijatohtori Aachenin yliopistossa (Department of Wireless Networks)
väitellyt teoreettisessa fysiikassa
väitellyt teoreettisessa fysiikassa, Espanjassa
väitellyt teoreettisessa fysiikassa, tutkijatohtori ilmatieteen laitoksella Helsingissä
väitellyt teoreettisessa fysiikassa, tutkijatohtori Italiassa
väitellyt teoreettisessa fysiikassa, tutkijatohtori Ruotissa
väitellyt teoreettisessa fysiikassa, tutkijatohtori Saksassa
Otos: valmistuneet 2001-2008,
tiedot noin vuodelta 2011
Lopuksi
toivotan kaikille
nautinnollisia opiskeluelämyksiä