Κβαντομηχανική Ι 6o Σετ Ασκήσεων. Άσκηση 1

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

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

Κλασική Ηλεκτροδυναμική

fysikoblog.blogspot.com

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 29: Το άτομο του υδρογόνου. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Κλασική Ηλεκτροδυναμική

Λύση Εξίσωσης Laplace: Χωρισμός Μεταβλητών

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

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.

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

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

() 1 = 17 ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ LEGENDRE Ορισµοί

ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ. Ασκήσεις Κεφαλαίου Ι

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

Φυσική για Μηχανικούς

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

Δομή Διάλεξης. Κλασσική Θεωρία Σκέδασης Ορισμοί μεγεθών σκέδασης. Κβαντική θεωρία σκέδασης Πλάτος σκέδασης

1 3 (a2 ρ 2 ) 3/2 ] b V = [(a 2 b 2 ) 3/2 a 3 ] 3 (1) V total = 2V V total = 4π 3 (2)

Δομή Διάλεξης. Ορισμός Ολικής Στροφορμής. Σχέση βάσης ολικής στροφορμής (j,m j ) με βάση επιμέρους στροφορμών (m 1,m 2 )

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 15: Η έννοια του κυματοπακέτου στην Kβαντομηχανική. Τερζής Ανδρέας Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

) z ) r 3. sin cos θ,

Το ελαστικο κωνικο εκκρεμε ς

Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Φυσικής. Σημειώσεις I: Κίνηση σε τρεις διαστάσεις, στροφορμή

Θεωρητική μηχανική ΙΙ

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

Θεωρητική μηχανική ΙΙ

Κβαντομηχανική Ι 1o Σετ Ασκήσεων. Άσκηση 1

Μιγαδικός λογισμός και ολοκληρωτικοί Μετασχηματισμοί

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

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 31: Εφαρμογές και η ακτινική εξίσωση του ατόμου του υδρογόνου. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

2 ο κεφάλαιο: Ανάλυση και Σύνθεση κυματομορφών με τον Μετασχηματισμό Fourier

3 + O. 1 + r r 0. 0r 3 cos 2 θ 1. r r0 M 0 R 4

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

Λυμένες ασκήσεις στροφορμής

Ενότητα 4: Κεντρικές διατηρητικές δυνάμεις

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ GAUSS ΚΕΦ.. 23

Απειροστικός Λογισμός ΙΙΙ Υποδείξεις - Συχνά Λάθη

7. ΑΝΩΜΑΛΑ ΣΗΜΕΙΑ, ΠΟΛΟΙ ΚΑΙ ΤΟ ΘΕΩΡΗΜΑ ΤΩΝ ΟΛΟΚΛΗΡΩΤΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΙΠΩΝ. και σε κάθε γειτονιά του z

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Κεφάλαιο 4

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

πάχος 0 πλάτος 2a μήκος

Εργασία 2. Παράδοση 20/1/08 Οι ασκήσεις είναι βαθμολογικά ισοδύναμες

2.1 Περιοδικές συναρτήσεις και τριγωνομετρικά αναπτύγματα

f(z) 1 + z a lim f (n) (0) n! = 1

ΕΝΔΕΙΞΕΙΣ ΣΥΛΛΟΓΙΚΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΣΕ ΠΥΡΗΝΕΣ

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

E = P t = IAt = Iπr 2 t = J (1)

1.1.1 Εσωτερικό και Εξωτερικό Γινόμενο Διανυσμάτων

Κλασική Ηλεκτροδυναμική

= + =. cos ( ) sin ( ) ˆ ˆ ˆ. Άσκηση 4.

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

ΟΡΙΣΜΕΝΟ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΑ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Κεντρικά Δυναμικά Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

Κβαντομηχανική Ι Λύσεις προόδου. Άσκηση 1

Εισαγωγή σε προχωρημένες μεθόδους υπολογισμού στην Επιστήμη των Υλικών

Κεφάλαιο 9: Συστήματα Πολλών σωματίων

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΙΙ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ Διανύσματα - Διανυσματικές Συναρτήσεις

Λύσεις στο επαναληπτικό διαγώνισμα 3

2. Ανάλυση και Σύνθεση κυματομορφών με την μέθοδο Fourier

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΠΡΟΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗ

55/377. 2E A 2E 1 (2π) 3 d 3 p n. p f

Τετραγωνικά μοντέλα. Τετραγωνικό μοντέλο συνάρτησης. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1

Σχολή E.Μ.Φ.Ε ΦΥΣΙΚΗ ΙΙΙ (ΚΥΜΑΤΙΚΗ) Κανονικές Εξετάσεις Χειµερινού εξαµήνου t (α) Αν το παραπάνω σύστηµα, ( m, s,

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ I Ασκήσεις

ds ds ds = τ b k t (3)

Μετασχηματισμοί Καταστάσεων και Τελεστών

Στο κεφάλαιο που ακολουθεί θα ασχοληθούμε με την ( μη ομογενή ) εξίσωση Helmholtz σε D χωρικές διαστάσεις :

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 25: Μαθηματική μελέτη του κβαντικού αρμονικού ταλαντωτή. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

sin(30 o ) 4 cos(60o ) = 3200 Nm 2 /C (7)

ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΥ 2011 ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Κβαντομηχανική Ι 3o Σετ Ασκήσεων. Άσκηση 1

k ) 2 P = a2 x 2 P = 2a 2 x y 2 Q = b2 y 2 Q = 2b 2 y z 2 R = c2 z 2 R = 2c 2 z P x = 2a 2 Q y = 2b 2 R z = 2c 2 3 (a2 +b 2 +c 2 ) I = 64π

1. a. Έστω b. Να βρεθούν οι ιδιοτιμές και τα ιδιοδιανύσματα του A Έστω A και ( x) [ x]

ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΦΩΤΟΜΕΤΡΙΑΣ

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 12. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

8. Πολλαπλές μερικές παράγωγοι

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξέταση στη Μηχανική ΙI 11 Ιουνίου 2012

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΙΙ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ Συναρτήσεις Πολλών Μεταβλητών

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

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

και A = 1 Το πρόβλημα των μη ομογενών συνοριακών συνθηκών.

x y z η οποία ορίζεται στο χωρίο V

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

ΠΕΙΡΑΜΑ 8. Μελέτη Ροπής Αδρανείας Στερεών Σωµάτων

Κεφάλαιο 14: Πρόσθεση Στροφορμών

ΜΑΣ002: Μαθηματικά ΙΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ (για εξάσκηση)

( ) ( r) V r. ( ) + l 2. Τι είδαμε: m!! r = l 2. 2mr 2. 2mr 2 + V r. q Ξεκινήσαμε την συζήτηση για το θέμα κεντρικής δύναμης

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ. ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙI Φεβρουάριος Απαντήστε και στα 4 θέματα με σαφήνεια και συντομία. Καλή σας επιτυχία.

Μιγαδικός λογισμός και ολοκληρωτικοί Μετασχηματισμοί

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 6: Ανάλυση Σημάτων σε Ανάπτυγμα Σειράς Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Περιλήψεις Κβαντικής Μηχανικής ΙΙ Α. Λαχανάς

Κανόνας της αλυσίδας. J ανοικτά διαστήματα) ώστε ( ), ( ) ( ) ( ) fog ' x = f ' g x g ' x, x I (2)

ΑΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ/ ΣΤΕΦ 16/2/2012 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ A ΓΡΑΠΤΗ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ Ι

Κλασική Ηλεκτροδυναμική Ι

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ

Transcript:

Χειμερινό εξάμηνο 6-7 Κβαντομηχανική Ι 6o Σετ Ασκήσεων Άσκηση a) Τρόπος α : Λύνουμε όλους (ή έστω μερικούς από) τους συνδυασμούς [l i, r j ]: [l x, x] = [l y, y] = [l z, x] = i ħ y Κ.ο.κ., και συμπεραίνουμε ότι [l i, r j ] = ε ijk i ħ r k Τρόπος β Η στροφορμή δίνεται από το l = r p l i = r j p k = ε ijk r j p k Όπου ε ijk είναι το τριδιάστατο σύμβολο Levi-Civita, το οποίο δίνεται από την έκφραση:, αν i, j, k άρτιες μεταθέσεις του (,,3) ε ijk = {, αν i, j, k περιττές μεταθέσεις του (,,3), αν δυο ή τρεις δείκτες είναι ίσοι

Χειμερινό εξάμηνο 6-7 Δηλαδή, η στροφορμή θα έχει συνιστώσα x, αν η ακτίνα της κίνησης είναι στην κατεύθυνση του y, και η ορμή στην κατεύθυνση του z, και ούτω καθ εξής. Με αυτό, μπορούμε να υπολογίσουμε τους μεταθέτες: a) [l i, r j ] = [ε ij k r j p k, r j ] = ε ij k [r j p k, r j ] = ε ij k ([r j, r j ]p k + r j [p k, r j ]) = ε ij k i ħ r j δ kj = ε ij j i ħ r j = ε ikj i ħ r k = ε ijk i ħ r k

Χειμερινό εξάμηνο 6-7 Άσκηση a) Y = ( 5 3π )/ sin θ e iφ L = ħ e iφ ( d d i Cotθ dθ dφ ) L Y = ( 5 3π ) ħ e iφ [ d dθ (sin θ e iφ ) i Cotθ d dφ (sin θ e iφ )] = ( 5 3π ) ħ e iφ [e iφ d dθ (sin θ) i cot θ sin θ d dφ (eiφ )] = ( 5 3π ) ħ e iφ [e iφ (sin θ cos θ) i cot θ sin θ (i e iφ )] = ( 5 3π ) ħ e iφ [e iφ (sin θ cos θ) cos θ + sin θ sin θ ( e iφ )]

Χειμερινό εξάμηνο 6-7 L Y = ( 5 3π ) ħ 4 e iφ sin θ cos θ Για να βρούμε την κανονικοποιημένη σφαιρική αρμονική Y χρησιμοποιούμε τη σχέση κανονικοποίησης: L Y = ħ l(l + ) m(m ) Y L Y = ħ Y ħ Y = ( 5 3π ) ħ 4 e iφ sin θ cos θ Y = ( 5 3π ) e iφ sin θ cos θ Y = ( 5 8π ) e iφ sin θ cos θ Για την εύρεση της Y, χτυπάμε το L ξανά στην τελική μορφή της Y που βρήκαμε.

Χειμερινό εξάμηνο 6-7 L Y = ( 5 8π ) ħ e iφ [ d dθ (eiφ sin θ cos θ) i Cotθ d dφ (eiφ sin θ cos θ)] L Y = ( 5 8π ) ħ e iφ [e iφ (cos θ sin θ) i e iφ cotθ sin θ cos θ] L Y = ( 5 8π ) ħ [(cos θ sin θ) + cos θ] L Y = ( 5 8π ) ħ ( cos θ sin θ) L Y = ( 5 8π ) ħ ( cos θ + cos θ) L Y = ( 5 8π ) ħ (3 cos θ ) L Y = ( 5 8π ) ħ (3 cos θ )

Χειμερινό εξάμηνο 6-7 Και κανονικοποιούμε: L Y = ħ l(l + ) m(m ) Y L Y = ħ 6 Y Y = ( 5 48π ) (3 cos θ ) Y = ( 5 6π ) (3 cos θ ) Με τον ίδιο τρόπο βρίσκουμε και τις υπόλοιπες σφαιρικές αρμονικές, μέχρι m=-, και για l=3,m=3,,-3. c)η ανάπτυξη των συναρτήσεων στη βάση των σφαιρικών αρμονικών μπορεί να γίνει με δυο τρόπους. Ο πρώτος είναι να βρούμε άμεσα ένα συνδυασμό σφαιρικών αρμονικών που να δίνει τη συνάρτηση προς ανάπτυξη, χρησιμοποιώντας αρχικά τα πολυώνυμα Legendre που «περιέχουν» τη συνάρτηση. Aυτή είναι μια απλή μέθοδος που λειτουργεί με απλές συναρτήσεις, όπως το Cos θ, αλλά δε λειτουργεί για πιο σύνθετες συναρτήσεις, όπως θα δούμε στο υποερώτημα e. Θα βρούμε την ανάπτυξη της συναρτησης Cos θ με αυτό τον τρόπο, και στα επόμενα υποερωτήματα θα χρησιμοποιήσουμε μια πιο γενική μέθοδο.

Χειμερινό εξάμηνο 6-7 Κοιτώντας τον πίνακα των γενικευμένων πολυωνύμων Legendre (πίνακας 4. α, Griffiths) βλέπουμε ότι το P είναι ένα σχεδόν «καθαρό» Cos θ, οπότε περιμένουμε ότι η σφαιρική αρμονική Υ θα έχει μεγάλη συνεισφορά στο ανάπτυγμα. P (Cosθ) = (3Cos θ ) Cos θ = 3 P (Cosθ) + 3 Όπου μας περισσεύει ένας παράγοντας /3, ο οποίος όμως είναι ίσος με P (Cosθ)/3. Έτσι, Cos θ = 3 P (Cosθ) + 3 P (Cosθ) Και έχουμε αναπτύξει τη ζητούμενη συνάρτηση στη βάση των πολυωνύμων Legendre. Η μεταφορά στη βάση των σφαιρικών αρμονικών είναι απλή: Υ l m = C l m P l m (Cosθ)e imφ Με C l m = l+ 4π (l m)! (l+m)! Και Υ = π P (Cosθ) Υ = 5 π P (Cosθ)

Και καταλήγουμε σε μια σχέση συναρτήσει των σφαιρικών αρμονικών: Κβαντομηχανική Ι Χειμερινό εξάμηνο 6-7 Cos θ = 4 3 π 5 Υ + π 3 Υ Cos θ = π 3 ( 5 Υ + Υ ) d) Η συνάρτηση Cos 3 θ μπορεί επίσης να αναπτυχθεί με τον τρόπο που αναλύσαμε στο προηγούμενο υποερώτημα. Θα χρησιμοποιήσουμε όμως μια γενικότερη μέθοδο, η οποία θα φανεί πολύ χρήσιμη στο επόμενο υποερώτημα. Επειδή οι σφαιρικές αρμονικές αποτελούν μια πλήρη βάση, καθε συνάρτηση μπορεί να γραφτεί σαν ανάπτυγμα σφαιρικών αρμονικών. Η σχέση αυτή γράφεται ως: m=l f(θ, φ) = a lm Υ m l (θ, φ) l= m= l Από όπου προκύπτει για τις σταθερές a lm a lm = f(θ, φ) Υ l m (θ, φ) dω Όπου dω η στερεά γωνία. Στην περίπτωση όπου δεν υπάρχει εξάρτηση από το φ στη συναρτηση, οι μεταβλητές a lm θα δίνονται από το

Χειμερινό εξάμηνο 6-7 a lm = C lm e imφ dφ f(θ)p l (Cosθ) sin θ dθ π Όπου χρησιμοποιήσαμε την ανάλυση των σφαιρικών αρμονικών σε πολυώνυμα Legendre, την οποία είδαμε στο προηγούμενο υποερώτημα, και την ανάλυση της στερεάς γωνίας π dω = sin θ dθ dφ = π π dφ sin θ dθ Έτσι, έχουμε δυο ολοκληρώματα. Το ένα έχει απλή λύση π e imφ dφ = π δ m, Από όπου φαίνεται ότι οι σφαιρικές αρμονικές που θα συνεισφέρουν θα είναι αυτές με m=, ενώ το άλλο ολοκλήρωμα είναι στο διάστημα έως π, το οποίο σημαίνει ότι αν η έκφραση f(θ) Sinθ P l (Cosθ) είναι αντισυμμετρική εκεί, το ολοκλήρωμα θα είναι. Σε αυτή την περίπτωση, f(θ) = Cos 3 θ, άρα δε θα έχουμε συνεισφορά από συμμετρικά πολυώνυμα Legendre, δηλαδή για l άρτιο:

Χειμερινό εξάμηνο 6-7.5..5.5..5..5 3..5..5 Figure Μπλε: η έκφραση μέσα στο ολοκλήρωμα για πολυώνυμο P. Σε αυτό το διάστημα, η έκφραση είναι αντισυμμετρική, άρα το ολοκλήρωμα είναι ίσο με. Κίτρινό: η αντίστοιχη (συμμετρική) έκφραση για πολυώνυμο P Συνεισφορά λοιπόν θα έχουν μόνο περιττά πολυώνυμα Legendre, και μάλιστα όχι όλα. Τα πολυώνυμα βαθμού 5 και πάνω δίνουν ολοκλήρωμα στη γωνία θ ίσο με. Κάνοντας, λοιπόν, τα ολοκληρώματα για l=,3, βρίσκουμε: π a = sin θ cos 3 θ Y dθ π = π C sin θ cos 4 θ dθ = 3π/5 π a 3 = π C 3 sin θ cos 3 θ ( 3cos θ + 5 cos3 θ) dθ a 3 = 4 π 5 7 Και τελικά Cos 3 θ = π 5 ( 3Υ + 7 Υ 3 )

Χειμερινό εξάμηνο 6-7 Υπενθυμίζω ότι, επειδή οι συναρτήσεις που μας ζητάται να αναπτύξουμε είναι απλές και περιέχονται ως έχουν σε σφαιρικές αρμονικές, θα μπορούσαμε να κάνουμε την ίδια διαδικασία με το προηγούμενο υποερώτημα, και να βγάλουμε την ίδια απάντηση. Αυτό όμως δε συμβαίνει στο επόμενο υποερώτημα e) H συνάρτηση cos θ sin θ που μας ζητάται εδώ, εμπεριέχεται ως έχει μόνο σε σφαιρικές αρμονικές με m. Έτσι, αν κάνουμε τη διαδικασία του υποερωτήματος c, θα εκφράσουμε αυτή τη συνάρτηση ως προς σφαιρικές αρμονικές χωρίς συμμετρία γύρω απο το φ, ενώ η ζητούμενη συνάρτηση δεν εξαρτάται από το φ. Θα ήταν, λοιπόν, φυσικά λάθος. Θα πρέπει ξανά να βρούμε απευθείας, λύνοντας τα αντίστοιχα ολοκληρώματα, τους συντελεστες a lm. H ζητούμενη συνάρτηση είναι αντισυμμετρική, άρα το ολοκλήρωμα για στερεά γωνία έως π θα είναι αντισυμμετρικό αν l=,3,5 Άρα θα έχουμε συνεισφορά μόνο από άρτιους όρους. Από ποιους; Από πολλούς....5..5..5 3... Figure Μπλε: έκφραση του ολοκληρώματος για στερεά γωνία από έως π, για πολυώνυμο Legendre P. H έκφραση είναι αντισυμμετρική, άρα το ολοκλήρωμα. Κίτρινο: αντίστοιχη έκφραση για P. Το ολοκλήρωμα δεν είναι.

Χειμερινό εξάμηνο 6-7 π a = sin θ cos θ sin θ Y dθ π = sin θ cos θ Y dθ =.696 Και a =.389, a 4 =.77, a 6 =.63, Δηλαδή, η συνεισφορά των ανώτερων σφαιρικών αρμονικών (πάντα για m=) συνεχώς μικραίνει, αλλά υπάρχει. Δηλαδή, όσο προσθέτουμε σφαιρικές αρμονικές, τείνουμε προς το να δημιουργούμε τη συνάρτηση cos θ sinθ:.4.3...5..5..5 3. Figure 3 H συνάρτηση cos θsinθ (κόκκινο) και προσεγγίσεις της με 4, και 3 όρους σφαιρικών αρμονικών με άρτια l

Χειμερινό εξάμηνο 6-7 Άσκηση 3 m T m είναι ένας πίνακας 5x5, γιατί για j =, m =, ±, ± j z m j z m Για m=m =,, j z, =, m, = (φυσικό σύστημα μονάδων, ħ = ), j z, =, j z, =, j z, =, j z, = Όμοια,, j z, = Και γενικά,, m j z, m = mδ mm Ο πίνακας που προκύπτει είναι ο: jm j z jm = ( )

Χειμερινό εξάμηνο 6-7 j +, j +, =, j +, = ( + ) ( + ) = ħ Και γενικά j, m j + j, m = j(j + ) m (m + )δ m m Άρα ο πίνακας είναι, m j +, m = 6 6 ( ) j j, m j j, m = j(j + ) m (m )δ m+ m Γιατί τα μη μηδενικά στοιχεία θα είναι αυτά για τα οποία το m θα είναι κατά ένα μεγαλύτερο του m.

Χειμερινό εξάμηνο 6-7 Άρα ο πίνακας είναι jm j jm = 6 6 ( ) j x jm j x jm = jm j + + j jm = ( jm j + jm + jm j jm ) 6 6 + 6 6 [ ( ) ( )] = 6 6 6 6 ( ) j y

Χειμερινό εξάμηνο 6-7 jm j y jm = jm j + j i jm = i = i ( jm j + jm jm j jm ) 6 6 6 6 ( ) j, m j j, m = j, m j(j + ) j, m = = j(j + )δ mm 6 6 6 6 ( 6) b) j x j y j y j x = 4i ( 6 6 6 6 [( ) ( 6 6 6 6 6 6 6 6 ) ( )] 6 6 6 6 )

4 6 = 6 6 6 4i 6 [( 6 4 ) ( = 4i ( 8 4 4 8) = i ( ) ij z = i ( ) Κβαντομηχανική Ι Χειμερινό εξάμηνο 6-7 4 6 6 6 6 6 6 4 )] Άρα j x j y j y j x = ij z ii)j + j = 4 6 6 4 ( )

Κβαντομηχανική Ι Χειμερινό εξάμηνο 6-7 j j + = j + j j j + = 4 6 6 ( 4) 4 ( 4) = = j z ( )