ETY-202. Ο γενικός φορμαλισμός Dirac ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 05. Ο ΓΕΝΙΚΟΣ ΦΟΡΜΑΛΙΣΜΟΣ DIRAC. Στέλιος Τζωρτζάκης 21/11/2013

Σχετικά έγγραφα
ETY-202 ΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΤΗΣ ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 02. ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΕΡΓΑΛΕΙΑ. Στέλιος Τζωρτζάκης 1/11/2013

3/12/2013 ETY-202 ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 08. ΤΟ ΣΠΙΝ. 1396; office Δ013 ΙΤΕ. Στέλιος Τζωρτζάκης ΤΟ ΣΠΙΝ

21/11/2013 ETY-202 ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 06. Ο ΑΡΜΟΝΙΚΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΤΗΣ. 1396; office Δ013 ΙΤΕ. Στέλιος Τζωρτζάκης

ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 07. ΣΤΡΟΦΟΡΜΗ ΚΑΙ ΤΟ ΑΤΟΜΟ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ

ΜΕΡΟΣ Α: ΤΑ ΘΕΜΕΛΙΑ ΚΕΦ. 1. ΟΙ ΘΕΜΕΛΙΩΔΕΙΣ ΑΡΧΕΣ ΚΕΦ. 4. Ο ΓΕΝΙΚΟΣ ΦΟΡΜΑΛΙΣΜΟΣ ΤΟΥ DIRAC ΚΕΦ. 5. Ο ΑΡΜΟΝΙΚΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΤΗΣ ΚΕΦ. 7.

1 p p a y. , όπου H 1,2. u l, όπου l r p και u τυχαίο μοναδιαίο διάνυσμα. Δείξτε ότι μπορούν να γραφούν σε διανυσματική μορφή ως εξής.

ETY-202. Εκπομπή και απορρόφηση ακτινοβολίας ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 12. ΎΛΗ & ΦΩΣ. Στέλιος Τζωρτζάκης 21/12/2012

16/12/2013 ETY-202 ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 11. ΚΒΑΝΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΑΣΕΙΣ. 1396; office Δ013 ΙΤΕ. Στέλιος Τζωρτζάκης ΚΒΑΝΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΑΣΕΙΣ

Δύο διακρίσιμα σωμάτια με σπιν s 1

Σπιν 1 2. Γενικά. Ŝ και S ˆz γράφονται. ιδιοκαταστάσεις αποτελούν ορθοκανονική βάση στον χώρο των καταστάσεων του σπιν 1 2.

Κβαντικό Σωμάτιο σε Ηλεκτρομαγνητικό Πεδίο

16/12/2013 ETY-202 ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 09. ΤΑΥΤΟΣΗΜΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ. 1396; office Δ013 ΙΤΕ. Στέλιος Τζωρτζάκης ΤΑΥΤΟΣΗΜΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ

και χρησιμοποιώντας τον τελεστή A r P αποδείξτε ότι για

ΘΕΜΑΤΑ ΚΒΑΝΤΙΚΗΣ ΙΙ. Θέμα 2. α) Σε ένα μονοδιάστατο πρόβλημα να δείξετε ότι ισχύει

Μετασχηματισμοί Καταστάσεων και Τελεστών

. Να βρεθεί η Ψ(x,t).

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Ενότητα 1

Δομή Διάλεξης. Οι τελεστές της τροχιακής στροφορμής στην αναπαράσταση της θέσης. Τελεστές δημιουργίας και καταστροφής για ιδιοκαταστάσεις στροφορμής

Λυμένες ασκήσεις στροφορμής

ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ. Ασκήσεις Κεφαλαίου Ι

Δομή Διάλεξης. Ορισμός-Παραδείγματα Τελεστών. Αναμενόμενες τιμές φυσικών μεγεθών με χρήση τελεστών. Ιδιοκαταστάσεις και Ιδιοτιμές τελεστών

Δομή Διάλεξης. Εύρεση ακτινικού μέρους εξίσωσης Schrödinger. Εφαρμογή σε σφαιρικό πηγάδι δυναμικού απείρου βάθους. Εφαρμογή σε άτομο υδρογόνου

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Σωμάτιο σε Ηλεκτρομαγνητικό Πεδίο Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

Εισαγωγή σε προχωρημένες μεθόδους υπολογισμού στην Επιστήμη των Υλικών

Κβαντομηχανική σε. τρεις διαστάσεις. Εξίσωση Schrödinger σε 3D. Τελεστές 2 )

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Κεντρικά Δυναμικά Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

Συστήματα Πολλών Σωματίων

Spin του πυρήνα Μαγνητική διπολική ροπή Ηλεκτρική τετραπολική ροπή. Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

Σπιν 1/2. Γενικά. 2 Υπενθυμίζουμε ότι τα έξι κουάρκ και τα έξι λεπτόνια του Καθιερωμένου Προτύπου,

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 17: Εφαρμογή στην αναπαράσταση τελεστών με μήτρα και εισαγωγή στον συμβολισμό Dirac

ETY-202 ΟΙ ΓΕΝΙΚΕΣ ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ ΤΩΝ ΘΕΜΕΛΙΩΔΩΝ ΑΡΧΩΝ ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 03. ΟΙ ΓΕΝΙΚΕΣ ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ. Στέλιος Τζωρτζάκης 1/11/2013

Η Αναπαράσταση της Θέσης (Position Representation)

Κβαντικές Καταστάσεις

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Κβαντική Μηχανική ΙΙ. Ενότητα 1: Γενική διατύπωση της Κβαντικής Μηχανικής Αθανάσιος Λαχανάς Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Nobel Φυσικής για Κβαντική Ηλεκτροδυναμική

Πανεπιστήµιο Αθηνών. προς το χρόνο και χρησιµοποιείστε την εξίσωση Schrodinger για να βρείτε τη χρονική παράγωγο της κυµατοσυνάρτησης.

ΜΙΓΑΔΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΓΕΝΙΚΑ. Έστω σωμάτιο, στις τρεις διαστάσεις, που βρίσκεται υπό την επίδραση μιγαδικού δυναμικού της μορφής

1. Μετάπτωση Larmor (γενικά)

Χρησιμοποιείστε την πληροφορία αυτή για να δείξετε ότι ο τελεστής που θα μεταφέρει το άνυσμα

KΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΕ ΜΙΑ ΔΙΑΣΤΑΣΗ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Συστήματα Πολλών Σωματίων Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

Τανυστές στην Κβαντομηχανική Κβαντική Πληροφορική

Â. Θέλουμε να βρούμε τη μέση τιμή

( x) Half Oscillator. Σωμάτιο βρίσκεται υπό την επίδραση του δυναμικού

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ II (ΑΠΕΙΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ ΣΕ ΠΕΡΙΟΧΗ/ΠΕΡΙΟΧΕΣ), και τις ενεργειακές στάθμες του, 2. E E E, όπου ˆ

Κεφάλαιο 1. Κβαντική Μηχανική ΙΙ - Περιλήψεις, Α. Λαχανάς

Sˆy. Η βάση για την οποία συζητάμε απαρτίζεται από τα ανύσματα = (1) ˆ 2 ± =± ± Άσκηση 20. (βοήθημα θεωρίας)

Αρμονικός Ταλαντωτής

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Spin Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

Τι είναι βαθμωτό μέγεθος? Ένα μέγεθος που περιγράφεται μόνο με έναν αριθμό (π.χ. πίεση)

2. Αποθήκευση της κβαντικής πληροφορίας

x όπου Α και a θετικές σταθερές. cosh ax [Απ. Οι 1, 2, 5] Πρόβλημα 3. Ένα σωματίδιο μάζας m κινείται στο πεδίο δυναμικής ενέργειας ( x) exp

Η κυματοσυνάρτηση στην αναπαράσταση ορμής Ασκήσεις. Σπύρος Κωνσταντογιάννης Φυσικός, M.Sc. 8 Δεκεμβρίου 2017

Η εξίσωση Dirac (Ι) Σπύρος Ευστ. Τζαμαρίας Στοιχειώδη Σωμάτια 1

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Ενότητα 5

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 26: Ολοκλήρωση της αλγεβρικής μεθόδου για την μελέτη του αρμονικού ταλαντωτή

μαγνητικό πεδίο τυχαίας κατεύθυνσης

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. 5 ο Εξάμηνο Δεκέμβριος 2009

Κεφάλαιο 7: Μετασχηματισμοί Καταστάσεων και Τελεστών

Διάλεξη 9: Στατιστική Φυσική

Θεωρία Διαταραχών ΙΙ: Εκφυλισμένες Καταστάσεις

μαγνητικό πεδίο παράλληλο στον άξονα x

Ασκήσεις6 Το σύνηθες εσωτερικό γινόμενο στο

Λύσεις Θεµάτων - Κβαντοµηχανική ΙΙ (Τµήµα Α. Λαχανά) Ειδική Εξεταστική Περίοδος - 11ης Μαρτίου 2013

Προβλήματα Κεφαλαίου 2

Η άλγεβρα της στροφορμής

Ατομική δομή. Το άτομο του υδρογόνου Σφαιρικά συμμετρικές λύσεις ψ = ψ(r) Εξίσωση Schrodinger (σφαιρικές συντεταγμένες) ħ2. Εξίσωση Schrodinger (1D)

Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Φυσικής

Παραμαγνητικός συντονισμός

Το Ελεύθερο Σωμάτιο Ρεύμα Πιθανότητας

Άσκηση 1. Δείξτε τις σχέσεις μετάθεσης των πινάκων Pauli

( ) * Λύση (α) Καθώς η Χαµιλτονιανή είναι ερµιτιανός τελεστής έχουµε ότι = = = = 0. (β) Απαιτούµε

Διάλεξη 1: Κβαντομηχανική σε τρεις διαστάσεις

Εξετάσεις 1ης Ιουλίου Για την ϐασική κατάσταση του ατόµου του Υδρογόνου της οποίας η κανονικοποιηµένη στην µονάδα

Αρχίζουµε µε την µη συµµετρική µορφή του απειρόβαθου κβαντικού πηγαδιού δυναµικού, το οποίο εκτείνεται από 0 έως L.

Δείξτε ότι οι ιδιοκαταστάσεις της ενέργειας του ελεύθερου κβαντικού 2

Διάλεξη 2: Κεντρικά Δυναμικά. Αναζητούμε λύσεις της χρονοανεξάρτητης εξίσωσης Schrödinger για κεντρικά δυναμικά

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 12η Πετρίδου Χαρά

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Κεφάλαιο 4

P(n 1, n 2... n k ) = n 1!n 2! n k! pn1 1 pn2 2 pn k. P(N L, N R ) = N! N L!N R! pn L. q N R. n! r!(n r)! pr q n r, n! r 1!r 2! r k!

Θεωρητική Επιστήμη Υλικών

Προβλήματα Κεφαλαίου 2

Κεφάλαιο 38 Κβαντική Μηχανική

Προβλήματα Κεφαλαίου 2

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ I Ενότητα 4 Αρχές της Κβαντικής Μηχανικής Δημήτρης Κονταρίδης Αναπληρωτής Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

E + m. m + E 2m (σ p)/(2m) v. i( p) x = v(p, 97/389

ΑΝΩΤΑΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΡΗΤΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Εκφυλισμένη Θεωρία Διαταραχών Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

Χρονοανεξάρτητη Μη-Εκφυλισμένη Θεωρία Διαταραχών

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 10: Ερμιτιανοί τελεστές και εισαγωγή στους μεταθέτες. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Φυσικής Κβαντομηχανική ΙΙ

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 25η Πετρίδου Χαρά

Προβλήματα Κεφαλαίου 2

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 12η Πετρίδου Χαρά

Από τι αποτελείται το Φως (1873)

Εφαρμογές Θεωρίας Διαταραχών σε Υδρογόνο: Λεπτή Υφή, Φαινόμενο Zeeman, Υπέρλεπτη Υφή

Ταξινόμηση καμπυλών και επιφανειών με τη βοήθεια των τετραγωνικών μορφών.

Το σύστημα των μη αλληλεπιδραστικών ροών και η σημασία του στην ερμηνεία των ιδιοτήτων των ιδανικών αερίων.

Γενική Μεταπτυχιακή Εξέταση - ΕΜΠ & ΕΚΕΦΕ-" ηµόκριτος"

Transcript:

stzortz@iesl.forth.gr 1396; office Δ013 ΙΤΕ 2 ΎΛΗ & ΦΩΣ 05. Ο ΓΕΝΙΚΟΣ ΦΟΡΜΑΛΙΣΜΟΣ DIRAC Στέλιος Τζωρτζάκης Ο γενικός φορμαλισμός Dirac 1

3 4 Εικόνες και αναπαραστάσεις Επίσης μια πολύ χρήσιμη ιδιότητα του νόμου μετασχηματισμού είναι ότι διατηρεί όλες τις αλγεβρικές σχέσεις μεταξύ των τελεστών του συστήματος. 2

5 6 χώρο. Εικόνα του Schrödinger και εικόνα του Heisenberg τότε οι νέες καταστάσεις Μετασχηματισμοί μετατόπισης Εξαιτίας αυτού ακριβώς του ρόλου του ο τελεστής της ορμής αποκαλείται γεννήτορας των μετατοπίσεων στο Θα προχωρήσουμε τώρα σε μια ειδική εκλογή για τον τελεστή μετασχηματισμού U ώστε να επιτύχουμε ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα να μεταφέρουμε τη χρονική εξέλιξη από τις φυσικές καταστάσεις στους τελεστές. Η απλούστερη προσέγγιση οφείλεται στον Heisenberg και έχει ως αφετηρία της το νόμο της χρονικής εξέλιξης των καταστάσεων. Αν ως τελεστής μετασχηματισμού επιλεγεί ο θα είναι ανεξάρτητες του χρόνου ενώ οι νέοι τελεστές θα δίνονται από τον τύπο Αυτές οι νέες καταστάσεις και τελεστές ορίζουν τη λεγόμενη εικόνα του Heisenberg Μεταφορά από μια θέση του χώρου σε μια άλλη: 3

7 8 Μετασχηματισμοί στροφής Το ρόλο που παίζει η ορμή για τις μετατοπίσεις, τον αναλαμβάνει η στροφορμή προκειμένου για τις στροφές του φυσικού συστήματος στο χώρο. Μια τέτοια στροφή κατά γωνία φ γύρω από τον άξονα n δείχνεται στο Σχήμα 4

9 10 Συστήματα πολλών σωματιδίων Μια κβαντική κατάσταση δύο σωματιδίων θα περιγράφεται από μια κυματοσυνάρτηση της μορφής τέτοια ώστε το τετράγωνο της απόλυτης τιμής της να δίνει την πυκνότητα πιθανότητας να βρούμε το σωματίδιο 1 στη γειτονιά του σημείου r 1 και το σωματίδιο 2 στη γειτονιά του σημείου r 2 ως συνέπεια αυτής της ερμηνείας θα πρέπει να ισχύει η συνθήκη κανονικοποίησης Επίσης θα ισχύει όπως πριν ο τύπος της μέσης τιμής και του εσωτερικού γινομένου Η κυματοσυνάρτηση ψ(r 1, r 2 ) του συστήματος θα προκύπτει από το γινόμενο των μερικών κυματοσυναρτήσεων αφού τα σωματίδια δεν αλληλοεπηρεάζονται και επομένως οι πιθανότητες άρα και τα πλάτη πιθανότητας να βρούμε το ένα εδώ και το άλλο εκεί θα πολλαπλασιάζονται. Θα είναι δηλαδή: Η κυματοσυνάρτηση ψ(r 1, r 2 ) θα μπορεί πάντα να γραφεί υπό τη μορφή της άπειρης επαλληλίας για κατάλληλους συντελεστές c αβ. Το ουσιώδες μήνυμα από τα παραπάνω είναι ότι : Από κυματοσυναρτήσεις που έχουν τη μορφή γινομένου μονοσωματιδιακών κυματοσυναρτήσεων μπορούμε να δημιουργήσουμε με κατάλληλη επαλληλία τους την τυχούσα κατάσταση του σωματιδίων. συστήματος των δύο 5

11 12 Αν λοιπόν συμβολίσουμε με α> το αφηρημένο διάνυσμα ket που αντιστοιχεί στη μονοσωματιδιακή κατάσταση ψ α (r 1 ) και με β> το αντίστοιχο για την ψ β (r 2 ) τότε Να υπολογίσουμε τη μέση τιμή των τελεστών στην κατάσταση πάνω στον άξονα x. τανυστικό γινόμενο και ενός συστήματος δύο σωματιδίων που κινούνται 6

13 14 Η μήτρα πυκνότητας Στατιστικά μίγματα: π.χ. ένα αέριο ατόμων υδρογόνου σε θερμοδυναμική ισορροπία με θερμοκρασία T. Η συλλογή των ατόμων αυτού του αερίου θα είναι μια μικτή συλλογή στην οποία ένα ποσοστό των ατόμων θα βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση ψ 1 >, ένα άλλο θα βρίσκεται στην πρώτη διεγερμένη ψ 2 > και ούτω καθεξής. Και βεβαίως αυτά τα ποσοστά θα δίνονται από τον τύπο του Boltzmann Αν έχουμε ένα στατιστικό μίγμα κβαντικών συστημάτων εκ των οποίων ένα ποσοστό p 1 περιγράφεται από το ket ψ 1 >, ένα ποσοστό p 2 από το ψ 2 > κ.ο.κ. ο θεμελιώδης κβαντικός τύπος της μέσης τιμής επεκτείνεται ως εξής: Η μέση τιμή ενός φυσικού μεγέθους πάνω σε μια μικτή συλλογή κβαντικών συστημάτων δεν είναι παρά ο σταθμισμένος μέσος όρος των κβαντομηχανικών μέσων τιμών που αντιστοιχούν στις καθαρές κβαντικές καταστάσεις της συλλογής. 7

15 16 Ιδιότητες της μήτρας πυκνότητας Στην ειδική περίπτωση μιας καθαρής συλλογής που δεν είναι παρά ο προβολικός τελεστής πάνω στην κατεύθυνση του διανύσματος ψ> θα ισχύει καθώς και η Παίρνοντας τα διαγώνια στοιχεία πάνω σε μια τυχούσα βάση n> και αθροίζοντας πάνω σε όλα τα n> θα είναι θα ισχύει επίσης αφού 8

17 18 Παράδειγμα Α: Η μήτρα πυκνότητας μιας θερμοδυναμικής συλλογής Ένα ατομικό αέριο ας πούμε αέριο ατόμων υδρογόνου σε θερμοκρασία T. Το χαρακτηριστικό αυτού του μίγματος είναι ότι συμμετέχουν σε αυτό θεωρητικά όλες οι ενεργειακές ιδιοκαταστάσεις του ατόμου με αντίστοιχες πιθανότητες όπου E n οι ενεργειακές ιδιοτιμές, και η συνάρτηση επιμερισμού του συστήματος. Ας δείξουμε ότι ο τελεστής πυκνότητας ενός τυχόντος στατιστικού μίγματος θερμοκρασίας T γράφεται σε συμπαγή μορφή ως όπου H η χαμιλτονιανή του ατόμου. Με βάση τον ορισμό του ρ θα είναι διαδοχικά Ας δείξουμε τώρα ότι η μέση ενέργεια συνάρτησης Z = Z(β) ως έχουμε του μίγματος εκφράζεται μέσω της 9

19 20 Παράδειγμα Β: Η μήτρα πυκνότητας σε ένα κβαντικό σύστημα δύο καταστάσεων Ας πάρουμε ένα κβαντικό σύστημα με δύο μόνο καταστάσεις, οπότε και η μήτρα πυκνότητας θα έχει αντίστοιχα απλή μορφή. Θα είναι μια 2 2 ερμιτιανή μήτρα με ίχνος μονάδα. Δικαταστασιακά κβαντικά συστήματα προκύπτουν αβίαστα στην πράξη είτε ως προσέγγιση ενός πολυπλοκότερου συστήματος είτε κατά τη μελέτη σωματιδίων με σπιν ½ που θα δούμε αργότερα. Έστω λοιπόν ότι έχουμε ένα τέτοιο δικαταστασιακό σύστημα με βασικές καταστάσεις τις 1> και 2> που μπορούμε να υποθέσουμε επιπλέον ότι είναι και ορθογώνιες. Η τυχούσα κατάσταση ψ> του συστήματος θα γράφεται τότε ως Η μήτρα πυκνότητας για την καθαρή συλλογή θα είναι ή Η οποία είναι ερμιτιανή με ίχνος μονάδα 10

22 21 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 1. Δείξτε ότι τα παρακάτω διανύσματα είναι ορθογώνια Είναι η κανονικοποιημένη; 2. Αποδείξτε την ανισότητα του Schwartz Υπόδειξη: Υπολογίστε το με 3. Για ορθοκανονική βάση και Γράψτε το διάνυσμα στήλης που αντιπροσωπεύει το και το. 11

23 24 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 4. Για ορθοκανονική βάση ο τελεστής Α δρα ως εξής: Υπολογίστε τη μήτρα του Α. ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 5. θεωρήστε τον 2-διάστατο διανυσματικό χώρο με βάση. Θεωρήστε ένα σύνολο σωματίων που βρίσκονται σε δυο δυνατές καταστάσεις με κατανομές ¾ και ¼ αντίστοιχα α) Υπολογίστε της μήτρες πυκνότητας για τις καθαρές καταστάσεις και β) Υπολογίστε τη μήτρα πυκνότητας για την πλήρη κατανομή. γ) Γράψτε τη μήτρα πυκνότητας σε μορφή μήτρας. δ) Υπολογίστε το ίχνος της μήτρας πυκνότητας. ε) Για ένα σωματίδιο της κατανομής ποια η πιθανότητα να βρεθεί στην κατάσταση και αντίστοιχα; ζ) Για μια άλλη βάση και ποια η πιθανότητα να βρεθεί ένα σωματίδιο στην κατάσταση και αντίστοιχα; 12

25 α) β) γ) δ) ε) ζ) 13