Niech phi_n będzie właściwie znormalizowaną funkcją własną n-tej energii oscylatora harmonicznego i niech psi = hatahata ^ (†) phi_n. Co to jest psi?

Niech phi_n będzie właściwie znormalizowaną funkcją własną n-tej energii oscylatora harmonicznego i niech psi = hatahata ^ (†) phi_n. Co to jest psi?
Anonim

Rozważmy Hamiltonianowi oscylator harmoniczny …

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

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

Teraz zdefiniuj podstawienie:

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

To daje:

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

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

Następnie zastanów się nad zastąpieniem, gdzie:

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

po to aby # hatx "''", hatp "''" = hatx "''" hatp "''" - hatp "''" hatx "''" = i #. To daje:

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

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

Od #hatp "''" ^ 2 # i #hatx "''" ^ 2 # można uwzględnić w produkcie złożonych koniugatów, zdefiniować operatory drabinkowe

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

po to aby:

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

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

Od # - hatx "''", hatp "''" = hatp "''", hatx "''" = -i #, prawy termin to #1/2#. Przez inspekcję,

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

Można to pokazać # hata, hata ^ (†) = 1 #, więc

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

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

a więc:

#color (zielony) (hatH = egaomega (hata ^ (†) hata + 1/2)) #

Tutaj rozpoznajemy formę energia być:

#E_n = egaomega (n + 1/2) #

ponieważ z tej formy jasno wynika

#hatHphi_n = Ephi_n #,

po prostu to mamy

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

Więc operator numeru można zdefiniować jako:

#hatN = hata ^ (†) hata #

którego wartość własna jest liczbą kwantową # n # dla tego stanu własnego.

Stąd,

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

# = (1 + hata ^ (†) hata) phi_n #

# = (1 + hatN) phi_n #

# = kolor (niebieski) ((1 + n) phi_n) #