Ανασκόπηση των βασικών αρχών της κβαντομηχανικής: Οι πέντε θεμελιώδεις προτάσεις • Τα μαθηματικά «εργαλεία» της κβαντομηχανικής: Ο διανυσματικός χώρος των φυσικών καταστάσεων και οι ερμιτιανοί τελεστές. Το βασικό θεώρημα των ερμιτιανών τελεστών • Το ανάπτυγμα σε ιδιοσυναρτήσεις και η φυσική ερμηνεία των συντελεστών του • Το αξίωμα της μέτρησης • Λύση της χρονανεξάρτητης εξίσωσης Schrödinger και διατήρηση της πιθανότητας • Η άλγεβρα των κβαντομηχανικών τελεστών και η σημασία της: Απόδειξη της σχέσης αβεβαιότητας θέσης-ορμής.

Περαιτέρω ανάπτυξη του κβαντομηχανικού φορμαλισμού: Αναπαράσταση των κβαντομηχανικών τελεστών με μήτρες. Συζυγής μιας μήτρας, ερμιτιανές και μοναδιαίες μήτρες • Ο συμβολισμός Dirac και η χρήση του • Αλγεβρική θεωρία του αρμονικού ταλαντωτή και της στροφορμής.

Μαθηματική θεωρία του σπιν: Οι μήτρες του σπιν και οι μήτρες του Pauli • Γενική εισαγωγή στις προσεγγιστικές μεθόδους • Η μέθοδος των διαταραχών: Βασική θεωρία και εφαρμογές σε απλά μονοδιάστατα προβλήματα • Η μέθοδος των μεταβολών: Βασική θεωρία και η εφαρμογή της σ’ ένα μονοδιάστατο πρόβλημα • Το άτομο του Ηλίου Ι: Διαταρακτικός υπολογισμός της ενέργειας της θεμελιώδους στάθμης.

Το άτομο του Ηλίου ΙΙ: Μεταβολικός υπολογισμός της ενέργειας της θεμελιώδους στάθμης • Διόρθωση λόγω μεταβολής της μάζας με την ταχύτητα στη θεμελιώδη στάθμη του ατόμου του υδρογόνου • Το θεώρημα Feynman-Helman και η εφαρμογή του για τον υπολογισμό των μέσων τιμών < r–1> και < r–9> στην τυχούσα υδρογονική ιδιοκατάσταση • Η σύζευξη σπιν-τροχιάς: Γενική εισαγωγή.

Σχετικιστικές διορθώσεις για την κατάσταση 2p του ατόμου του υδρογόνου: Στοιχειώδης υπολογισμός και ανάλυση των αποτελεσμάτων • Εισαγωγή στη διαστατική ανάλυση: Το βασικό θεώρημα και απλές εφαρμογές. Το ατομικό και το «κοσμικό» σύστημα μονάδων.

Εισαγωγή στη στοιχειώδη θεωρία του χημικού δεσμού. Το υπόδειγμα του διπλού πηγαδιού και εφαρμογές σε απλά μόρια • Μοριακά φάσματα: Το περιστροφικό και το δονητικό φάσμα των διατομικών μορίων

Η χημεία του άνθρακα Ι: Η αποτυχία της στοιχειώδους θεωρίας του χημικού δεσμού στο μόριο του μεθανίου και η ανάδυση της έννοιας του υβριδισμού. Τα τρία είδη υβριδισμένων δεσμών ―sp3, sp2 και sp1― και πότε γίνεται χρήση του καθενός. Εφαρμογές σε διάφορα οργανικά μόρια • Υβριδισμός σε μη οργανικά μόρια: Μια εναλλακτική θεώρηση των μορίων της ΝΗ3 και του Η2Ο.

Η χημεία του άνθρακα ΙΙ: Απλές ασκήσεις στη θεωρία του υβριδισμού • Το πρόβλημα του βενζολίου και η ανάγκη για μια τελευταία τροποποίηση της στοιχειώδους θεωρίας του χημικού δεσμού: Απεντοπισμένοι δεσμοί και ο τρόπος περιγραφής τους. Το μοντέλο των ελεύθερων ηλεκτρονίων και η μέθοδος LCAO για μια αλυσίδα όμοιων πηγαδιών σε κυκλική ή γραμμική διάταξη. Εφαρμογή της θεωρίας στους υδρογονάνθρακες με εναλλάξ απλούς και διπλούς δεσμούς (συζυγείς υδρογονάνθρακες). Βενζόλιο και βουταδιένιο. Το ενεργειακό όφελος του απεντοπισμού σε γραμμικές ή κυκλικές διατάξεις. Απεντοπισμός σε οργανικά μόρια με συνεχόμενους διπλούς δεσμούς. Ο καίριος ρόλος του απεντοπισμού για την τελική διαμόρφωση της ακριβούς γεωμετρίας των οργανικών μορίων.

Η χημεία του άνθρακα ΙΙΙ: Ασκήσεις ανασκόπησης. Εφαρμογή της θεωρίας του υβριδισμού και του απεντοπισμού για την ανάλυση της γεωμετρικής μορφής μιας σειράς οργανικών μορίων. • Εμβόλιμο θέμα: Μη στάσιμες καταστάσεις μοριακών συστημάτων και η χρονική τους εξέλιξη. Δικαταστασιακά και τρικαταστασιακά συστήματα. Μια δεύτερη ματιά στο μόριο της αμμωνίας. Δίπλευρη και μονόπλευρη μορφή του μορίου και το φάσμα αντιστροφής. Το MASER της αμμωνίας. Αυθόρμητη και εξαναγκασμένη εκπομπή. Πώς καταλαβαίνουμε τη δράση ενός φωτονίου πάνω σ’ ένα άτομο: Ο κυματοσωματιδιακός δυϊσμός του φωτονίου στην πράξη.

Η χημεία του άνθρακα ΙV: Απεντοπισμός σε διδιάστατες συστοιχίες τροχιακών p. Γραφένιο και φουλερένια. Λεπτομερής θεωρία του φουλερένιου C60. • Απεντοπισμός σε μια άπειρη γραμμική αλυσίδα πηγαδιών και η ανάδυση του ταινιωτού φάσματος. Εισαγωγή στο μονοδιάστατο στερεό. Το μυστήριο της ηλεκτρικής αγωγιμότητας των στερεών και ο τύπος του Drude. Ταινιωτό φάσμα και αρχή του Pauli: Τα κλειδιά για την εξήγηση του μυστηρίου της αγωγιμότητας. Αγωγοί, ημιαγωγοί, μονωτές. Λεπτομερής ανάλυση της ημιαγώγιμης συμπεριφοράς. Ηλεκτρόνια και οπές. Το θεώρημα του Bloch και η φυσική του σημασία. Κρυσταλλική ορμή και ενεργός μάζα. Το μοντέλο των ελεύθερων ηλεκτρονίων στα στερεά. Ηλεκτρόνια σ’ ένα κυβικό κουτί.

Ενέργεια Fermi και πυκνότητα καταστάσεων: Δύο βασικές έννοιες για την ανάλυση της συμπεριφοράς των ηλεκτρονίων σ’ ένα στερεό. Υπολογισμός και ποιοτική συζήτηση της ενέργειας Fermi στο μοντέλο των ελεύθερων ηλεκτρονίων. Γιατί τα ηλεκτρόνια ενός στερεού συμπεριφέρονται ως εάν να μοιράζουν τον διαθέσιμο χώρο και να κατοικούν το καθένα στο χώρο που του αναλογεί. Εφαρμογή στα νεκρά άκρα. Κατ’ εκτίμησιν υπολογισμός της ακτίνας ενός αστέρα νετρονίου. Το «μυστήριο» της ηλεκτρονιακής ειδικής θερμότητας και η λύση του. Σχετικιστικά φερμιόνια και το όριο Chandrasekhar. Ασκήσεις πολλαπλής επιλογής.

Αλληλεπίδραση ύλης και ακτινοβολίας. Οι τέσσερις βασικές διαδικασίες: Συντονισμός, σκέδαση, ιοντισμός και αυθόρμητη αποδιέγερση ή εκπομπή. Ποσοτική περιγραφή των βασικών διαδικασιών. Οι έννοιες του ρυθμού, της ενεργού διατομής και της μέσης ελεύθερης διαδρομής. • Εισαγωγή στη θεωρία των κβαντικών μεταβάσεων και στον Κανόνα του Fermi. Υπολογισμός της ενεργού διατομής συντονισμού και ποιοτική ανάλυση του αποτελέσματος. Ηλεκτροδιπολικές μεταβάσεις και κανόνες επιλογής. Εξισώσεις ρυθμού και πληθυσμοί ισορροπίας.

Η διαδικασία της αυθόρμητης εκπομπής. Ημικλασικός υπολογισμός του ρυθμού Γsp και ποιοτική ανάλυση του αποτελέσματος. Η αυθόρμητη εκπομπή και το μυστήριο των κβαντικών πιθανοτήτων. Το κβαντωμένο ΗΜ πεδίο και η διαδικασία της αυθόρμητης εκπομπής. Περιγραφική εισαγωγή. • Οι καταστάσεις γραμμικής και κυκλικής πόλωσης των φωτονίων και η κβαντομηχανική περιγραφή τους. Απλές ασκήσεις. • Εισαγωγή και θεωρία των χρονεξαρτημένων διαταραχών. Ασκήσεις.