Sigui phi_n la funció pròpia d’energia n-normalitzada correctament de l’oscil·lador harmònic i que psi = hatahata ^ (†) phi_n. Què és el psi?

Sigui phi_n la funció pròpia d’energia n-normalitzada correctament de l’oscil·lador harmònic i que psi = hatahata ^ (†) phi_n. Què és el psi?
Anonim

Penseu en l’hamiltonià de l’oscil·lador harmònic …

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

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

Ara, definiu la substitució:

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

Això dóna:

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

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

A continuació, considereu la substitució on:

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

i que # hatx "''", hatp "''" = hatx "''" hatp "''" - hatp "''" hatx "''" = #. Això dóna:

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

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

Des de #hatp "''" ^ 2 # i #hatx "''" ^ 2 # es pot incorporar a un producte de conjugats complexos, definir els operadors de l'escala

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

i que:

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

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

Des de # - hatx "''", hatp "''" = hatp "''", hatx "''" = -i #, el terme més a la dreta és #1/2#. Per inspecció,

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

Es pot demostrar que # hata, hata ^ (†) = 1 #, tan

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

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

i així:

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

Aquí reconeixem la forma del energia ser:

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

ja que és clar d’aquesta forma que amb

#hatHphi_n = Ephi_n #,

només tenim això

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

Així, el operador de números es pot definir com:

#hatN = hata ^ (†) hata #

el valor propi del qual és el nombre quàntic # n # per a aquest estat propi.

Per tant,

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

# = (1 + hata ^ (†) hata) phi_n #

# = (1 + hatN) phi_n #

# = color (blau) ((1 + n) phi_n) #