Opintojaksossa perehdytään kvanttifysiikan käsitteelliseen ja teoreettiseen rakenteeseen sekä niiden kokeelliseen pohjaan. Keskeistä on aineen rakenne ja perusvuorovaikutukset sekä se, miten nämä vaikuttavat aineen ominaisuuksiin. Opintojakso käsittelee kvanttifysiikan teknologisia sovelluksia sekä sitä, miten kvanttifysiikka ilmenee alkeishiukkastason ilmiöistä nanomittakaavaan ja aina kosmisen mittakaavan ilmiöihin saakka. Tarkastelun kohteena ovat myös erilaiset radioaktiiviseen hajoamiseen, ionisoivaan säteilyyn ja kvantittumiseen perustuvat teknologiat.

Yleiset tavoitteet

Opintojakson tavoitteena on, että opiskelija

• tuntee ionisoivan säteilyn vaikutukset ja tutustuu säteilyn turvalliseen käyttöön
• tutustuu kvanttifysiikkaan perustuvaan maailmankuvaan alkeishiukkasfysiikasta kosmologiaan
• ymmärtää kvantittumiseen perustuvan teknologian merkityksen nyky-yhteiskunnassa.

Keskeiset sisällöt

• energian kvantittuminen aineen ja säteilyn vuorovaikutuksessa
• fotoni sähkömagneettisen säteilykentän kvanttina
• atomin rakenne, atomin elektronien kvanttitilat ja aaltomekaanisen atomimallin periaate
• kvantittumiseen perustuva teknologia: laser ja kvanttirakenteet
• atomiytimen rakenne ja muutokset, radioaktiivinen hajoaminen
• ydinreaktiot, massan ja energian ekvivalenssi, ytimen sidosenergia
• ydinvoima, fissio ja fuusio
• hajoamislaki
• ionisoivan säteilyn lajit ja biologiset vaikutukset sekä soveltaminen lääketieteessä ja teknologiassa
• hiukkasfysiikan standardimalli
• maailmankaikkeuden kehitys

Opintojakson keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavissa temaattisissa yhteyksissä: säteilyturvallisuus, säteilyn käyttö lääketieteessä, ilmastonmuutos ja kasvihuoneilmiö.

Keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavilla kokeilla: spektrin mittaaminen, spektrin muutoksen tarkastelu fluoresenssi-ilmiössä, mittaukset laser-diodeilla ja opintojakson aihepiiriin liittyvät simulaatiot.

Laaja-alainen osaaminen

Opintojaksolla nousee esiin globaali ja kulttuuriosaaminen. Tätä laaja-alaisen osaamisen osa-aluetta voidaan kehittää esimerkiksi tutkimustehtävillä ja ryhmätöillä, joiden aiheina voisi käsitellä fysiikan isoja kansainvälisiä hankkeita, kuten Cernin LHC sekä fuusioreaktoriprototyyppi ITER.

Opintojakson arviointi 

Opintojakso arvioidaan numeerisesti asteikolla 4-10 fysiikan arviointikriteereiden mukaisesti, jotka on kuvattu tarkemmin fysiikan yleisessä osiossa. Arviointi kohdistuu fysiikan yleisten tavoitteiden saavuttamiseen opintojaksokohtaisia tavoitteita ja keskeisten sisältöjen hallintaa painottaen ja perustuu monipuoliseen näyttöön sekä opiskelijan käsitteellisten ja menetelmällisten tietojen ja taitojen havainnointiin. Opintojakson formatiivinen arviointi tukee ja ohjaa opiskelijan oppimista opintojakson aikana. Summatiivisella arvioinnilla todennetaan opiskelijan opintojakson aikana tapahtunutta tavoitteiden mukaista osaamista. Arvioinnin tukena voi käyttää myös itsearviointia, joka voidaan toteuttaa esimerkiksi osana opiskelijan omaa oppimispäiväkirjaa. Formatiiviseen arviointiin voi ottaa mukaan lisäksi esimerkiksi oppilas- ja ryhmätöiden vertaiskommentointia.