1、原子与分子物理学专业硕士研究生培养方案原子与分子物理学专业硕士研究生培养方案（专业代码：070203）一、学科概况原子与分子物理学研究原子分子结构、性质、相互作用和运动规律，阐明物理学基本定律，提供各种原子分子的科学数据。原子与分子物理学是揭示微观世界奥秘的先驱，是现代物理学创立的奠基石。原子、分子和团簇是物质结构从微观过渡到宏观过程的必经层次和桥梁。从天体到凝聚态、等离子体，从化学到生命过程都与原子分子过程密切相关。原子与分子物理学是基础性强、渗透面宽、应用范围广的物理学分支学科。不仅为现代科学各分支学科提供基础理论、实验方法和基本数据，而且在能源、材料、环境、医学和生命科学以及国防研究中发
2、挥重要作用，在开拓高新技术产业、推动科技发展和促进社会进步方面占有不可忽视的重要地位。二、培养目标本专业培养的硕士研究生应是热爱祖国、学风良好、治学严谨、身体健康，具有本专业扎实的理论基础和系统的专门知识及技能，有一定的创新能力，较熟练的掌握一门外语，并初步具有独立从事与原子分子物理学专业有关学科的教学、科研和管理工作的专门人才。三、研究方向A、原子结构与原子光谱 B、原子碰撞C、激光与原子、分子和物质的相互作用 D、分子结构与分子光谱四、学习年限及应修学分学习年限为三年；应修34分。五、课程设置（见课程设置与教学计划表）六、培养方式与方法本专业硕士生的培养主要由导师或指导小组负责，对课程学习
3、和科研工作进行指导。课程学习应采取教师授课和小组式讨论的方式进行，并在学习过程中强调对研究生能力的培养。对研究生的课程考试采用书面考试和提交与该课程有关的小型论文结合进行。对实验课程的教学要充分发挥研究生的创造能力，与教师密切配合，共同参与对实验内容的制定、实验过程的具体操作以及对实验结果的分析。科研工作应在导师的指导下结合学位论文进行。七、学位论文研究生在修满规定学分后，可开始进入学位论文阶段。学位论文应在导师指导下，在通过阅读文献资料、调查研究、分析总结前人工作的基础上，结合导师的科研课题，提出开题报告和设计方案，经导师组讨论通过后实施。在论文撰写阶段，导师要经常检查并和学生进行必要的讨论
4、，对论文中出现的问题及时加以解决。研究生独立完成学位论文撰写后，应聘请本专业有影响的专家学者进行评阅，评阅人至少应有三分之一为外单位具有副高级职称人员。学位论文评阅通过后，可组织答辩，答辩通过后方能授予硕士学位。原子与分子物理专业硕士研究生课程设置与教学计划表课程类别课程名称课程编号开课学期周学时总学时学分任课教师姓名及职称是 否学位课公共课必修课科学社会主义理论与实践0911201一4803政法学院学位课自然辩证法0911203第一外国语（英语）0911204一、二41604外语学院学位课必选课计算机应用基础0920201二4802数信学院概率论与数理统计*0920203二4802数信学院基
5、础理论课物理学中的群论基础0941201一4803陈宏善 副教授学位课偏微分方程的数值解法0941202一4803薛具奎 副教授学位课高等量子力学0941203二4803孙爱民 副教授学位课专业课必修课原子结构与原子光谱理论(I)(II)0951204二、三41605董晨钟 教 授学位课原子碰撞理论0951205三4803周效信 教 授学位课分子结构与分子光谱0951206三4803陈宏善 副教授学位课激光光谱实验0951206二2402陈冠英 副教授选修课固体理论三4803马书懿 副教授论文选讲三2402董晨钟 周效信等教 学 实 践四2401导师负责总 学 分38注：物理与电子工程学院的研
6、究生在本科阶段已修线性代数。原子与分子物理专业硕士研究生学位课程教 学 大 纲课程名称：物理学中的群论基础课程编号：0941201学 分：3总学时数：80开课学期：第一学期考核方式：考试说 明：群论是处理具有一定对称性的物理体系的一种有利工具。通过本课程的学习，让学生掌握群的基本特性和表示方法，学会从群的角度解决量子力学和原子结构中的一些问题，为后期的专业课的学习打好基础。教学内容：第一章 群论基本知识1.1 群的定义和性质1.2 群的几个例子1.3 群的乘法表和重排定理1.4 商群、同构和同态1.5 子群、生成元和直积1.6 陪集、共轭元素和类1.7 对称操作群1.8 置换群第二章 矢量空间
7、、算符和线性变换2.1 矢量空间与Hilbert空间2.2 函数空间2.3 矢量空间中的线性算符和线性变换2.4 本征值问题2.5 Unitary算符和 Unitary变换2.6 Hermite算符2.7 矩阵的直和和直积第三章 群的表示理论3.1 群表示的定义3.2 可约表示与不可约表示，不变子空间3.3 Schur引理3.4 正交定理3.5 等价表示和特征标3.6 群元空间和正规表示3.7 直积群的表示3.8 某些群的不可约表示3.9 投影算符表示空间的约化3.10 表示的直积及其分解第四章 群论在量子力学中的应用4.1 量子力学中的希尔伯特空间4.2 函数的变换4.3 空间平移和时间平移
8、4.4 哈密顿算符的对称性4.5 对称性所引起的约化4.6 微扰和能级分裂4.7 矩阵元定理和选择定则4.8 动力学对称性4.9 时间反转对称性和空间反演对称性4.10 原子对称性4.11 原子跃迁的选择定则4.12 塞曼效应第五章 完全转动群的不可约表示和角动量5.1 用欧拉角描述转动的完全转动群的不可约表示 5.2 二维幺正群5.3 由二维幺正群导出的完全转动群的不可约表示5.4 无穷小转动算符和角动量算符5.5 角动量耦合与矢量耦合系数5.6 矢量耦合系数的性质5.7 张量算符5.8 不可约张量算符矩阵元的约化，Wigner-Eckart定理5.9 三个角动量的耦合，Racha系数5.1
9、0 自旋角动量5.11 计入自旋转动耦合的哈密顿算符所属的群参考文献：1 量子化学，徐光宪，科学出版社。2 量子力学II，曾谨言，科学出版社。3 群论在化学中的应用，科顿，科学出版社。4 群论及其在物理和化学中的应用，方可，重庆大学出版社。6 群论及其在物理学中的应用，谢希德，科学出版社。课程名称：偏微分方程数值解法课程编号：0941202学 分：3总学时数：80开课学期：第一学期考核方式：考试说 明：使学生熟练掌握偏微分方程的基本差分格式的设计方法和处理技巧，深刻理解差分格式的相容性、收敛性和稳定性极其分析方法，了解谱方法和有限元方法.教学内容：第一章 有限差分方法的基本概念1.1 微分方程
10、的定解问题1.2 有限差分近似1.3 差分格式的相容性、收敛性及稳定性1.4 差分格式稳定性分析方法第二章 双曲型方程的差分法2.1 一维问题2.2 二维问题2.3 初边值问题第三章 抛物型方程的差分方法3.1 线性问题3.2 非线性问题3.3 对流扩散方程3.4 波动方程的解法第四章 椭圆型方程的差分方法4.1 Poisson方程4.2 边界条件的处理4.3 特征值问题第五章 谱方法简介第六章 有限元方法简介参考书目：1 陆金甫，关治：偏微分方程数值解法，清华大学出版社，1987.2 李荣华，冯果枕：偏微分方程数值解法，人民教育出版社，1980.课程名称：高等量子力学课程编号：0941203
11、学 分：3总学时数：80开课学期：第二学期考核方式：考试说 明：1深入理解量子力学的基本概念及微观粒子运动的本质2深入认识量子力学的基本原理及理论体系3提高应用量子力学基本方法解决具体问题的能力4学习相对论量子力学和量子场论的基本内容教学内容：第一章 散射理论1.1 相互作用表象态随时间的演化1.2 微扰论展开1.3 散射矩阵1.4 幺正矩阵的微扰论展开1.5 散射截面1.6 分波法1.7 库仑散射第二章 角动量理论2.1 转动算符的矩阵表示，D函数2.2 对称陀螺的转动谱及波函数2.3 非对称陀螺的转动谱2.4 不可约张量算符2.5 Wigner-ECKart定理2.6 张量积2.7 一阶张
12、量的投影定理及矢量模型第三章 量子体系的对称性3.1 守恒量与对称性3.2 量子态按对称性的分类3.3 能级简并度与对称性的关系3.4 矩阵元的选择定则第四章 时间反演4.1 时间反演与时间反演算符4.2 时间反演不变性4.3 力学量的分类与矩阵元的计算第五章 相对论量子力学5.1 Klein-Gordon方程5.2 Dirac方程5.3 自由电子的平面波解5.4 电磁场中电子的Dirac方程5.5 氢原子光谱的精细结构第六章 辐射场的量子化及其与物质的作用6.1 经典辐射场6.2 辐射场的量子化6.3 多极辐射场及其量子化6.4 自发多极辐射参考书目：1曾谨言 著，量子力学 卷II，科学出版
13、社，1993.2II.II.郎道 E.M.粟弗席茨 著，严肃 译，量子力学，人教出版社，1981.3L.I.Schikk 著，李淑娴，陈崇光 译，量子力学，人教出版社，1981.4P.A.M.Dirac 著，陈咸亨译, 量子力学原理，科学出版社，1965.5邹国兴 著，量子场论导论，科学出版社，1980.课程名称：原子结构与原子光谱理论（I）课程编号：0951204学 分：3总学时数：80开课学期：第二学期考核方式：考试（书面检测）说 明：本门课程主要讲授原子结构与原子光谱方面的基本概念、基本理论以及对简单原子体系的具体计算方法.教学内容：第一章 基本概念第二章 矢量模型2.1 薛定谔方程2.
14、2 矩阵方法2.3 中心力场模型2.4 乘积波函数2.5 反对称化波函数的耦合2.7 电子组态2.8 同科电子，闭合壳层2.9 同科电子的 LS 谱项2.10 具有几个开壳层的电子组态 2.11 组态平均能量2.12 组态的相对能量2.13 电离能随Z的变化2.14 LS耦合下的能级结构2.15 洪特定则2.16 jj耦合2.17 对耦合 2.18 实例：Si I 3pns2.19 其它耦合表象2.20 统计权重2.21 能级结构的定量计算第三章 3nj符号3.1 3j符号3.2 6j符号3.3 9j符号第四章 组态平均能量4.1 对称算符的对角矩阵元4.2 单电子束缚能和原子总束缚能4.3
15、电离能和单电子束缚能4.4 计算实例第五章 径向波方程5.1 变分原理5.2 Hartree-Fock方程5.3 经典势能5.4 交换势能5.5 Hartree-Fock方程的求解5.6 齐次方程（局域势）方法 5.7 各种近似方法5.8 相对论修正5.9 相关修正第六章 径向波函数和径向积分6.1 径向波函数的计算6.2 各种计算方法的比较6.3 组态平均能量和计算精度6.4 相对论效应6.5 单电子束缚能量随Z的变化6.6 库仑积分和自旋-轨道积分随Z的变化第七章 耦合反对称7.1 两个角动量的耦合7.2 三个角动量的重耦7.3 不同耦合表象间的转换7.4 同科电子反对称化的困难7.5 部
16、分根源系数7.6 祖份系数7.7 先行数7.8 任意组态的反对称化波函数7.9 对称算符的单组态矩阵元7.10 旁观子壳层的影响第八章 能级结构（简单组态）8.1 动能和电子核相互作用能8.2 闭合壳层的影响8.3 单电子组态8.4 双电子组态的自旋轨道矩阵元8.5 双电子组态的库仑矩阵元8.6 中间耦合8.7 本征失的纯度8.8 对耦合教材及主要参考书目：1Robert D.Cowan, The Theory of Atomic Structure and Spectra, University of California Press,Berkeley, 1981.2美J.C.斯莱特 著，杨
17、朝潢 译，原子结构的量子理论，第一卷，第二卷，上海科学出版社，1981.3Sobelman，Atomic Spectra and Radiative Transition , Springer-Verlag, 1979.4郑乐民、徐庚武，原子结构和原子光谱，北京大学出版社，1991.课程名称：原子结构与原子光谱理论（II）说 明：本门课程是原子结构与原子光谱（I）的后继课程。在对不可约张量算符代数学习的基础上，进一步讨论复杂原子的结构和辐射跃迁几率的计算问题，并通过对高激发态和高离化态原子特性的介绍，把学生直接带入当今原子结构与原子光谱学研究的前沿.教学内容：第一章 不可约张量算符的代数1.1
18、 复杂矩阵元的计算1.2 拉卡代数1.3 不可约张量算符1.4 维格纳艾卡特定理1.5 两个算符的乘积的矩阵元1.6 两个张量算符的张量积1.7 约化矩阵元的不耦公式1.8 两个张量算符的标积1.9 单位张量算符1.10 双张量算符1.11 自旋轨道矩阵元（单电子组态）1.12 直接库仑矩阵元（双电子组态）1.13 交换库仑矩阵元（双电子组态）1.14 交换矩阵元的等效算符第二章 能级结构（复杂组态）2.1 引言2.2 库仑矩阵元（同科电子）2.3 非同科电子的直接积分2.4 非同科电子的交换积分2.5 自旋轨道矩阵元2.6 实例：f3sd22.7 能级结构：近LS耦合条件下的自旋轨道作用效应
19、2.8 lw组态的能级结构2.9 组态的能级结构第三章 组态相互作用3.1 一般情况3.2 波函数的正交性问题3.3 双电子组态3.4 类单组态的相互作用3.5 里德伯系列的相互作用3.6 单电子组态3.7 Brillouin定理第四章 辐射跃迁4.1 爱因斯坦跃迁几率 4.2 电偶极辐射（经典）4.3 电偶极辐射（量子力学）4.4 电偶极跃迁选择定则4.5 偶极谱线强度4.6 振子强度4.7 谱线强度的理论计算4.8 LS耦合下的选择定则和相对强度4.9 单电子组态的辐射偶极积分4.10 单占据子壳层中的单电子跃迁4.11 违背选择定则的情况4.12 磁偶极辐射、电四极辐射4.13 禁戒跃迁
20、的实例第五章 原子能级和辐射跃迁的数值计算5.1 计算程序5.2 从头计算5.3 最小二乘拟合计算5.4 实例第六章 连续态6.1 引言6.2 单电子的连续基函数6.3 径向波函数的归一化6.4 波函数的能量量纲6.5 连续态和分立态的径向积分间的关系6.6 光电离6.7 分立态和连续态之间的相互作用第七章 高离化态原子7.1 等电子系列中电子的束缚能7.2 能级结构7.3 组态相互作用7.4 辐射多极积分7.5 光谱7.6 自电离和双电子复合教材及主要参考书目：1Robert D. Cowan, The Theory of Atomic Structure and Spectra, Univ
21、ersity of California Press, Berkeleyo 1981.2美 J. C. 斯莱特 著，杨朝潢 译，原子结构的量子理论，第一卷，第二卷，上海科学出版社，1981.3Sobelman, Atomic Spectra and Radiative Transition , Springer-Verlag, 1979.4郑乐民、徐庚武，原子结构和原子光谱，北京大学出版，1991.课程名称：原子碰撞理论课程编号：0951205学 分：3总学时数：80开科学期：第三学期考核方式：考试说 明：通过本门课程的学习，使学生深刻理解原子碰撞的基本理论和基本概念，掌握在不同的能区内处理原
22、子碰撞的常用方法.教学内容：第一章 势散射1.1 分波法1.2 相移的积分方程1.3 方势阱和刚球势散射1.4 波函数的积分方程第二章 势散射的一些特殊方法2.1 变分法2.2 R-矩阵法2.3 半经典散射方法第三章 长程Coulomb 势的散射3.1 长程Coulomb势散射的抛物线坐标解法3.2 长程Coulomb势散射的分波解法第四章 碰撞的一般理论4.1 多通道散射的波函数和边界条件4.2 散射矩阵和截面4.3 Born展开和Born近似4.4 多通道径向波函数和边界条件4.5 扭曲波近似第五章 低能电子与原子的散射5.1 电子与氢原子的弹性散射5.2 极化轨道方法5.3 模型势方法5.4 变分法和紧密耦近似方法第六章 中能电子与原子的非弹性散射6.1 耦合通道和相关的近似6.2 光学势与扭曲波近似6.3 Born近似6.4 半经典模型6.6 电子碰撞电离主要参考书目：1 B. H. Bransden, Atomic Collision Theory(Second Edition), 1983.2 C. J. Joachain, Quantum Collision Theory, 1982.
