Phi_n'in harmonik osilatörün uygun şekilde normalize edilmiş enerji özdeĢitesi olmasına izin verin ve psi = hatahata ^ (†) phi_n olsun. Psi neye eşittir?

Phi_n'in harmonik osilatörün uygun şekilde normalize edilmiş enerji özdeĢitesi olmasına izin verin ve psi = hatahata ^ (†) phi_n olsun. Psi neye eşittir?
Anonim

Harmonik osilatör Hamiltonian'ı düşünün …

#hatH = hatp ^ 2 / (2mu) +1 / 2muomega ^ 2hatx ^ 2 #

# = 1 / (2mu) (hatp ^ 2 + mu ^ 2omega ^ 2 hatx ^ 2) #

Şimdi, ikameyi tanımlayın:

#hatx "'" = hatxsqrt (muomega) ##' '' '' '##hatp "'" = hatp / sqrt (muomega) #

Bu verir:

#hatH = 1 / (2mu) (hatp "'" ^ 2 cdot muomega + mu ^ 2omega ^ 2 (hatx "'" ^ 2) / (muomega)) #

# = omega / 2 (hatp "'" ^ 2 + hatx "'" ^ 2) #

Sonra, sübvansiyonu göz önünde bulundurun:

#hatx "''" = (hatx "'") / sqrt (ℏ) ##' '' '' '##hatp "''" = (hatp "'") / sqrt (ℏ) #

Böylece # hatx "''", hatp "''" = hatx "''" hatp "''" - hatp "''" hatx "''" = i #. Bu verir:

#hatH = omega / 2 (hatp "''" ^ 2cdotℏ + hatx "''" ^ 2cdotℏ) #

# = 1 / 2ℏomega (hatp "''" ^ 2 + hatx "''" ^ 2) #

Dan beri #hatp " ''" ^ 2 # ve #hatx " ''" ^ 2 # karmaşık konjugatların bir ürününe faktoring edilebilir, merdiven operatörlerini tanımlayabilir

#hata = (hatx "''" + ihatp "''") / sqrt2 ##' '' '' '## hata ^ (†) = (hatx "''" - ihatp "''") / sqrt2 #

Böylece:

# hatahata ^ (†) = (hatx "''" ^ 2 - ihatx "''" hatp "''" + ihatp "''" hatx "''" + hatp "''" ^ 2) / 2 #

# = (hatx "''" ^ 2 + hatp "''" ^ 2) / 2 + (i hatp "''", hatx "''") / 2 #

Dan beri # - hatx "''", şapkalı "" '"" = hatp "' '", şapka "" "" = -i #en doğru terim #1/2#. Muayene ile,

#hatH = ℏomega (hatahata ^ (†) - 1/2) #

Gösterilebilir # hata, hata ^ (†) = 1 #, yani

# hatahata ^ (†) - hata ^ (†) hata = 1 #

# => hatahata ^ (†) = 1 + hata ^ (†) hata #

ve bu yüzden:

#color (yeşil) (hatH = ℏomega (hata ^ (†) hata + 1/2)) #

Burada biçimini tanıyoruz enerji olmak:

#E_n = ℏomega (n + 1/2) #

bu formdan açıkça anlaşıldığı için

#hatHphi_n = Ephi_n #,

bizde sadece var

# ℏomega (hata ^ (†) hata + 1/2) phi_n = ℏomega (n + 1/2) phi_n #

Böylece sayı operatörü olarak tanımlanabilir:

#hatN = hata ^ (†) hata #

özdeğer kuantum sayıdır # N # Bunun için eigenstate.

Bu nedenle,

#color (mavi) (psi_n = hatahata ^ (†) phi_n) #

# = (1 + hata ^ (†) hata) phi_n #

# = (1 + hatN) phi_n #

# = renk (mavi) ((1 + n) phi_n) #