Κβαντομηχανική Ι 2o Σετ Ασκήσεων. Άσκηση 1

Σχετικά έγγραφα
Κβαντομηχανική Ι Λύσεις προόδου. Άσκηση 1

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 21: Δέλτα πηγάδι δυναμικού. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

x L I I I II II II Ακόµα αφού η συνάρτηση στην θέση x=0 είναι συνεχής, έχουµε την παρακάτω συνθήκη. ηλαδή οι ιδιοσυναρτήσεις είναι

Κβαντομηχανική Ι 3o Σετ Ασκήσεων. Άσκηση 1

KΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΕ ΜΙΑ ΔΙΑΣΤΑΣΗ

ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι Τελική Εξέταση: 30 Αυγούστου 2010 ( ιδάσκων: Α.Φ. Τερζής) ιάρκεια εξέτασης 2,5 ώρες.

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 23: Σκέδαση σε τετραγωνικά δυναμικά. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ. Ασκήσεις Κεφαλαίου Ι

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

Να εκτιµηθούν οι ιδιοκαταστάσεις του συστήµατος για τις δέσµιες καταστάσεις.

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

Κίνηση σε Μονοδιάστατα Τετραγωνικά Δυναμικά

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

Κβαντομηχανική Ι 1o Σετ Ασκήσεων. Άσκηση 1

= k2 x Y = k 2 + kx 2 Y. = k2 y

Η Αναπαράσταση της Θέσης (Position Representation)

Θεωρία Διαταραχών ΙΙ: Εκφυλισμένες Καταστάσεις

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 22: Η έννοια της σκέδασης και η εξίσωση συνέχειας στην Κβαντομηχανική. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΥ 2011 ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ

κι επιβάλλοντας τις συνοριακές συνθήκες παίρνουμε ότι θα πρέπει

. Να βρεθεί η Ψ(x,t).

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 7: Διερεύνηση εξίσωσης Schro dinger και απειρόβαθο πηγάδι δυναμικού. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι (Τµήµα Α. Λαχανά) 1 Φεβρουαρίου 2010

Λύση Εξίσωσης Laplace: Χωρισμός Μεταβλητών

Μάθηµα 13 ο, 30 Οκτωβρίου 2008 (9:00-11:00).

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

Λύσεις Εξετάσεων Φεβρουαρίου Ακ. Έτους

Μερικές Διαφορικές Εξισώσεις

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

Αόριστο ολοκλήρωμα. επαληθεύει την παραπάνω ισότητα.

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 8: Ολοκλήρωση μελέτης απειρόβαθου πηγαδιού. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

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

G L (x) =Ax + B, G R (x) =A x + B οπότε από τις συνοριακές συνθήκες έχουμε

= λ. u t = u xx UT = U T T T = U U. Οσον αφορά τη χρονική εξίσωση έχουμε. T + λt =0 T (t) =e λt. ενώ για τη χωρική

ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι Τελική Εξέταση: 31 Γενάρη 2012 ( ιδάσκων: Α.Φ. Τερζής) ιάρκεια εξέτασης 3 ώρες.

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

Εφαρµογές της εξίσωσης Schrödinger - Μονοδιάστατα προβλήµατα

Το Ελεύθερο Σωμάτιο Ρεύμα Πιθανότητας

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.

Εισαγωγή σε προχωρημένες μεθόδους υπολογισμού στην Επιστήμη των Υλικών

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΦΥΕ ΕΝ ΕΙΚΤΙΚΕΣ ΛΥΣΕΙΣ 5 ης ΕΡΓΑΣΙΑΣ. Προθεσµία παράδοσης 6/5/08

Παντελής Μπουμπούλης, M.Sc., Ph.D. σελ. 2 math-gr.blogspot.com, bouboulis.mysch.gr

[1] είναι ταυτοτικά ίση με το μηδέν. Στην περίπτωση που το στήριγμα μιας συνάρτησης ελέγχου φ ( x)

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

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΑΘΗΤΩΝ. α) Το ορισμένο ολοκλήρωμα μιας συνεχούς συνάρτησης f σε ένα διάστημα [a, b] είναι όριο?

Παράδειγμα 14.2 Να βρεθεί ο μετασχηματισμός Laplace των συναρτήσεων

f (x) dx = f (x) + c a f (x) f (x) cos 2 (f (x)) f (x) dx = tan(f (x)) + c 1 sin 2 (f (x)) f (x) dx = cot(f (x)) + c e f (x) f (x) dx = e f (x) + c

Κβαντομηχανική Ι 6o Σετ Ασκήσεων. Άσκηση 1

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ Ι Τελική (επί πτυχίω) Εξέταση: 17 Ιούνη 2013 ( ιδάσκων: Α.Φ. Τερζής) ΘΕΜΑ 1[ ]

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι Β ΜΕΡΟΣ

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

ΑΡΧΕΣ ΚΒΑΝΤΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΚΑΙ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑΣ. Τα θεμέλια της κβαντομηχανικής

Περιεχόμενα. Κεφάλαιο 1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΩΝ ΣΕ ΜΙΑ ΕΥΘΕΙΑ Οι συντεταγμένες ενός σημείου Απόλυτη τιμή...14

ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΔΕΥΤΕΡΑ 11 ΙΟΥΝΙΟΥ 2018 ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΤΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ

A = B = Ψ(1) = Ψ(0) = γ) Αφαιρώντας τη δεύτερη σχέση από την πρώτη έχουμε

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

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

Κλασική Ηλεκτροδυναμική Ι

ΟΛΟΚΛΗΡΩΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΛΥΜΕΝΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ. Φροντιστήριο Μ.Ε. «ΑΙΧΜΗ» Κ. Καρτάλη 28 (με Δημητριάδος) Βόλος τηλ.

Κεφάλαιο 11. Η Εξίσωση Schrödinger σε μια διάσταση

Εξίσωση Laplace Θεωρήματα Μοναδικότητας

Μιγαδικός λογισμός και ολοκληρωτικοί Μετασχηματισμοί

ΟΡΙΣΜΕΝΟ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΑ

Εφαρμογές κβαντικής θεωρίας

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 5: Κυματομηχανική. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 27: Γενική μελέτη κβαντικών συστημάτων δύο και τριών διαστάσεων. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Απειροστικός Λογισμός ΙΙΙ Υποδείξεις - Συχνά Λάθη

u x = 2uu y u y = 0 ϕ x = x t h (t), ϕ xx = x2 t 3 h (t) και ϕ y = y t h (t), ϕ yy = y2 t 3 h (t). t 2 h (t) + x2

2 η ΕΡΓΑΣΙΑ Παράδοση

Μέθοδοι ολοκλήρωσης. Ολοκληρωτικός Λογισμός μιας μεταβλητής Ι

ΟΛΟΚΛΗΡΩΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ

Ασύμπτωτες. Διαφορικός Λογισμός μιας μεταβλητής Ι

Λύσεις 9 ου Set Ασκήσεων Κβαντομηχανικής Ι

ΜΕΜ251 Αριθμητική Ανάλυση

1 GRAMMIKES DIAFORIKES EXISWSEIS DEUTERAS TAXHS

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

1 Σύντομη επανάληψη βασικών εννοιών

Κατηγορία 1 η. Σταθερή συνάρτηση Δίνεται παραγωγίσιμη συνάρτηση f : 0, f '( x) 0 για κάθε εσωτερικό σημείο x του Δ

Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Ι Ασκήσεις - 19/10/2017. Ακριβείς Διαφορικές Εξισώσεις-Ολοκληρωτικοί Παράγοντες. Η πρώτης τάξης διαφορική εξίσωση

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ I Ενότητα 5 Μεταφορική και Ταλαντωτική Κίνηση Δημήτρης Κονταρίδης Αναπληρωτής Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Ανασκόπηση-Μάθημα 24, 25 Διπλό ολοκλήρωμα

Εφαρμογές της κβαντομηχανικής. Εφαρμογές της κβαντομηχανικής

Κεφάλαιο 9: Συστήματα Πολλών σωματίων

Έστω μια συνεχής (και σχετικά ομαλή) συνάρτηση f( x ), x [0, L]

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

ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΦΥΣΙΚΗ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δ. ΣΚΑΡΛΑΤΟΣ, ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΦΥΣΙΚΗ

z=± Η εξίσωση αυτή μας λέει αμέσως ότι η συνάρτηση Green σε δύο διαστάσεις είναι

Έντυπο Yποβολής Αξιολόγησης ΓΕ

Τα θεμέλια της κβαντομηχανικής. Τα θεμέλια της κβαντομηχανικής

= df. f (n) (x) = dn f dx n

(i) f(x, y) = xy + iy (iii) f(x, y) = e y e ix. f(z) = U(r, θ) + iv (r, θ) ; z = re iθ

ΥΛΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ. Μάθημα Ι: Εισαγωγικές έννοιες. Πρασσά Βάια

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΛΕΥΤΑΙΑ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΑΤΑ ΜΙΧΑΛΗΣ ΜΑΓΚΟΣ

Θεωρητική μηχανική ΙΙ

Μέϑοδοι Εφαρμοσμένων Μαϑηματιϰών (ΜΕΜ 274) Λύσεις Θεμάτων Εξέτασης Ιούνη 2019

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

Ανισώσεις Γινόμενο και Ανισώσεις Πηλίκο

Διαφορικές Εξισώσεις.

M. J. Lighthill. g(y) = f(x) e 2πixy dx, (1) d N. g (p) (y) =

Θέμα Β. Λύση. Έχουμε, επομένως, εκφράσει την κινητική ενέργεια ως συνάρτηση του ύψους y.

Transcript:

Κβαντομηχανική Ι 2o Σετ Ασκήσεων Άσκηση 1 Ξεκινάμε με την περίπτωση Ε<Vo. Περιοχή Ι: x<0, V=0, E<Vo h2 2 ψ Ι = Ε ψ 2m x 2 Ι h2 2 ψ Ι = Eψ 2m x 2 Ι 2 ψ Ι = 2m Eψ x 2 Ι 2 ψ Ι = x 2 k2 ψ Ι (Ε > 0) k = 2mE ψ Ι (x) = Ae ikx + Be ikx (1)

Περιοχή IIΙ: x>a, V=0, E<Vo h2 2 ψ ΙII = Ε ψ 2m x 2 ΙII h2 2 ψ IIΙ = Eψ 2m x 2 ΙII 2 ψ ΙII = 2m Eψ x 2 ΙII 2 ψ Ι = x 2 k2 ψ ΙII (Ε > 0) k = 2mE ψ IIΙ (x) = Fe ikx + Ge ikx Όμως, δεν υπάρχει «κύμα» το οποίο προχωρά προς τα αριστερά στην περιοχή ΙΙΙ. Αν το σωματίδιο, το οποίο στέλνουμε από τα αριστερά στο πείραμά μας, περάσει το φράγμα, προχωρά ελεύθερο προς τα δεξιά. Άρα G = 0 ψ Ι (x) = Fe ikx (2) Περιοχή ΙI: 0<x<α, V=V o, 0< E<Vo h2 2 ψ IΙ + Vo ψ 2m x 2 IΙ = Ε ψ IΙ h2 2 ψ IΙ = (Ε Vo)ψ 2m x 2 IΙ 2 ψ IΙ = 2m (Ε Vo)ψ x 2 IΙ 2 ψ IΙ = x 2 l2 ψ ΙI (Ε Vo < 0) l = 2m(Vo E) ψ ΙI (x) = Ce lx + De lx (3) Εφαρμόζουμε συνοριακές συνθήκες: x=0: 1. ψ I (x) = ψ ΙI (x) Αe i k 0 + Be i k 0 = Ce l 0 + De l 0 A + B = C + D (4) 2. ψ Ι (x) = ψ ΙI (x) i k Αe i k 0 ikbe i k 0 = Cle l 0 Dle l 0 ik Α ik = Cl Dl (5) x=a:

1. ψ III (x) = ψ ΙI (x) Fe i k a = Ce l a + De l a (6) 2. ψ ΙII (x) = ψ ΙI (x) ik Fe i k a = l (Ce l a De l a ) (7) Λύνω την (4) ως προς Β: B = C + D Α Και αντικαθιστώ στην (5) ik (Α C D + A) = (C D)l 2A = ( l l + 1) C + (1 ) D i k i k 2A=(1 il i l ) C + (1 + ) D (8) k k Όμοια, λύνω την (6) ως προς Ce l a και έπειτα ως προς De l a. Προκύπτουν δυο εξισώσεις, τις οποίες αντικαθιστώ στην (7), και παίρνω, 2Ce l a = (1 + ik l ) Fei k a (9) 2De l a = (1 ik l ) Fei k a (10) Έτσι, έχω ξεχωρίσει τα F και τα Α, τα οποία χρειάζομαι για να βρω τη διαπερατότητα Τ = F 2 A 2 Πλέον μπορώ να αντικαταστήσω τις σχέσεις των C και D στην 8: 2A= 2A= 2A= 2Ae i k a =(1 Fei k a 2e Fe2i k a i l k ) (1 + i k ) Fei k a l 2 e i l i k i k a [(1 ) (1 + ) k l e 2la + (1 + 2 Fe2i k a 2 i l 2la + (1 + ) (1 ik ) Fei k a k l 2 e 2la i l k ) (1 ik l ) e2la ] {[2 + i ( k l l k )] e 2la + [2 i ( k l l k )] e2la } [2(e 2la + e 2la ) + i l2 k 2 (e 2la e 2la )] kl Όμως (e 2la e 2la ) = 2Sinh(2la), (e 2la + e 2la ) = 2Cosh(2la) (11) 2A= Fe2i k a 2 [4Cosh(2la) + 2i l2 k 2 Sinh(2la)] A=Fe 2i k a [Cosh(2la) + i l2 k 2 Sinh(2la)] 2kl kl

Και A 2 F 2 = e2i k a 2 [Cos (la) + 1 2 l 2 k 2 kl Sin (la)] Cos (la) + Sin (la) = 1 A 2 F 2 = 1 + [1 + k 2 (l2 kl 2 ) ] Sin (la) ( l2 k 2 2 ) = kl [ 2m (Vo 2E)] 2 4 ( 2m ) 2 (Vo E)E = (Vo 2E) 2 4(Vo E)E 1+( l2 k 2 ) 2 = Vo2 4E Vo+4E 2 +4E Vo 4E 2 = Vo2 kl 4(Vo E)E 4(Vo E)E Τελικά, F 2 = Τ = 1 A 2 1+ Vo2 4(Vo E)E Sinh2 [ a 2m (Vo E)] h Και R = 1 T Για Ε>Vo, έχουμε l = 2m(E Vo) Έτσι, οι λύσεις στο διάστημα 0< x < a είναι της μορφής ψ ΙI (x) = C e i l x i lx + D e Η διαδικασία για την εύρεση της διαπερατότητας είναι ακριβώς η ίδια, με τη διαφορά ότι πλεόν τα εκθετικά είναι της μορφής e i l x αντί για e l x. Αυτό, στην αντικατάσταση των εκθετικών (11) δίνει (e i l a e i l a ) = 2i Sin(la), (e i l a + e i l a ) = 2Cos(la) Mε αυτές τις σχέσεις, είναι εύκολο να δείξουμε ότι:

F 2 A 2 = Τ = 1 Vo 1 + 2 4(E Vo)E Sin2 [ a 2m (E Vo)] h Άσκηση 2 Περιοχή Ι: x<-α/2, V=V o, 0< E<Vo h2 2 ψ Ι + Vo ψ 2m x 2 Ι = Ε ψ Ι h2 2 ψ Ι = (Ε Vo)ψ 2m x 2 Ι 2 ψ Ι = 2m (Ε Vo)ψ x 2 Ι 2 ψ Ι = x 2 k2 ψ Ι (Ε Vo < 0) k = 2m(Ε Vo) ψ Ι (x) = Ae kx + Be kx x => Ae k = A = 0 ψ Ι (x) = Be kx Περιοχή ΙΙΙ: x<α/2, V=V o, 0< E<Vo h2 2 ψ ΙΙΙ + Vo ψ 2m x 2 ΙΙΙ = Ε ψ ΙΙΙ

h2 2m 2 ψ ΙΙΙ 2 ψ ΙΙΙ x 2 = (Ε Vo)ψ ΙΙΙ = 2m (Ε Vo)ψ x 2 ΙΙΙ 2 ψ Ι = x 2 k2 ψ ΙΙΙ (Ε Vo < 0) k = 2m(Ε Vo) ψ ΙΙΙ (x) = Fe kx + Ge kx x => Ge k = G = 0 ψ ΙΙΙ (x) = Fe kx Περιοχή ΙΙ: -α/2 < x< α/2, V=0, Ε>0 h2 2 ψ ΙΙ = Ε ψ 2m x 2 ΙΙ => h2 2 ψ ΙΙ = Εψ 2m x 2 ΙΙ 2 ψ ΙΙ = 2m Ε ψ x 2 ΙΙ => 2 ψ Ι = x 2 l2 ψ ΙΙ l = 2mE ψ ΙΙ (x) = C Sin(l x) + D Cos(lx) Γνωρίζω (άσκηση 2.1 c του Griffiths) ότι όταν έχω ένα συμμετρικό δυναμικό [V(x)=V(-x)], οι λύσεις είναι εναλλάξ άρτιες και περιττές. Έτσι θα έχω για τις άρτιες, Και για τις περιττές,, x > a/2 ψ(x) = { D Cos(lx),0 < x < a/2 ψ( x), x < 0 Fe kx, x > a/2 ψ(x) = { D Sin(lx),0 < x < a/2 ψ( x), x < 0 Fe kx Εφαρμόζω συνοριακές συνθήκες: x=α/2: Άρτιες: 1. ψ ΙII (x) = ψ ΙI (x) Fe kx = D Cos( la ) (1) 2 2. ψ ΙII (x) = ψ ΙI (x) kfe kx = ld Sin( la ) (2) 2 Διαιρώ κατά μέλη:

1 k = 1 l Cot(la 2 ) k = l Tan ( la 2 ) Περιττές: 1. ψ ΙII (x) = ψ ΙI (x) Fe kx = D Sin( la ) (1) 2 2. ψ ΙII (x) = ψ ΙI (x) kfe kx = ld Cos( la ) (2) 2 Διαιρώ κατά μέλη: 1 = 1 k l Cot(la) 2 k = l Cot ( la ) 2 Oρίζω: z = la 2, z o = a 2h 2mV o Oι λύσεις αυτές υπολογίζονται γραφικά ή με τη Μέθοδο Newton-Raphson: Γραφική αναπαράσταση των συναρτήσεων Tan(z o ) = ( z o z )2 1, Cot(z o ) = ( z o z )2 1

Mέθοδος Newton-Raphson: z n + 1 = z n + f(z n) f (z n ) f(z n ) = Tan(z o ) ( z o z n ) 2 1, άρτιες f(z n ) = Cot(z o ) ( z 2 o ) 1, περιττές z n zo = a 2h 2mVo = a 2h 2m 100 h2 /(mα 2 ) = 5 2 Mε αυτά, η Νewton Raphson μας δίνει 5 τιμές z n : z 1 = 1.375 z 2 = 2.743 z 3 = 4.095 z 4 = 5.412 z 5 = 6.636 Oι ιδιοενέργειες δίνονται από το z = la 2 2mE a z = 2 z2 = 2mE a 2 h 4 E n = 2h2 2 z n ma 2 Χωρίς Vo, αφού το πηγάδι έχει δυναμικό από 0 ως Vo, και όχι από Vo ως 0 (όπως στο Griffiths) Kαι οι κυματοσυναρτήσεις: Fe k nx, x > a/2 ψ n (x) = { D Cos(l n x), a < x < a 2 2, n = 1,3,5 Fe k nx, x < a 2 (Άρτιες, κι ας είναι τα n περιττά) Fe k nx, x > a/2 ψ n (x) = { C Sin(l n x), a < x < a 2 2, n = 2,4 Fe k nx, x < a 2 (Περιττές)

Με k n = 50 z n l n = 2 z n a Και κανονικοποιούμε για την εύρεση των F, D, C. Oι δέσμιες καταστάσεις φαίνονται στην παρακάτω εικόνα: Δέσμιες καταστάσεις για zo=5 2, α=0.2 Σημείωση: O τρόπος με τον οποίο βγαίνει το zo είναι ο εξής: To z βγαίνει από το όρισμα του Tan(l a/2) : z = la 2 Όμοια, ορίζουμε το ξ, από το k a/2: ξ = ka 2 Το οποίο είναι το αντίστοιχο του z, για την ψ(x) έξω από το πηγάδι (εκεί που ορίζουμε το k). Αλλά: Σημείωση 2: Όσοι ακολούθησαν τη λύση ξ 2 + z 2 = (k 2 + l 2 ) a 2 2 2 ξ 2 + z 2 = k 2 + l 2 a 2 = z o 2

z o 2 z 2 = { ztan(z) zcot(z) Θα πρέπει και πάλι να βρουν 5 λύσεις με τα ίδια z, και άρα τις ίδιες ενέργειες. Η διαφορά είναι ότι, αντί για τη μη αναγνωρίσιμη μορφή της πράσινης γραμμής στη γραφική παράσταση της λύσης, αυτό που διαγράφεται είναι το τεταρτημόριο ενός κύκλου με ακτίνα zo. Άσκηση 3 Περιοχή Ι: x<0, V=0, E<0 h2 2 ψ Ι = Ε ψ 2m x 2 Ι h2 2 ψ Ι = Eψ 2m x 2 Ι 2 ψ Ι = 2m Eψ x 2 Ι 2 ψ Ι = x 2 k2 ψ Ι (Ε < 0) k = 2mE ψ Ι (x) = Ae kx + Be kx x => Ae k = A = 0 ψ Ι (x) = Be kx Περιοχή ΙΙ:

x>0, V=0, E<0 h2 2 ψ ΙΙ = Ε ψ 2m x 2 ΙΙ h2 2 ψ ΙΙ = Eψ 2m x 2 ΙΙ 2 ψ ΙΙ = 2m Eψ x 2 ΙΙ 2 ψ ΙΙ = x 2 k2 ψ ΙΙ (Ε < 0) k = 2mE ψ ΙΙ (x) = Fe kx + Ge kx x => Ge k = G = 0 ψ ΙΙ (x) = Fe kx Εφαρμόζω συνοριακές συνθήκες 1. ψ I (0) = ψ ΙI (0) Βe k0 = F e k0 F=B 2. ψ Ι (0) = ψ ΙI(0) Όμως, στο x=0 το δυναμικό απειρίζεται, άρα υπάρχει ασυνέχεια στην παράγωγο. Αυτό που μπορούμε να κάνουμε, όμως, είναι να βρούμε μία σχέση για την παράγωγο ακριβώς πριν και ακριβώς μετά τον απειρισμό. Για να το καταφέρουμε αυτό, ολοκληρώνουμε την εξίσωση του Schroinger σε κάποιο μικρό διάστημα, από -ε έως ε. h2 h2 2m 2m ε 2 ψ ΙΙ ε x 2 ψ ΙΙ ε x ε x ε ε ε + V(x)ψ ΙΙ x ε + V(x)ψ ΙΙ x Όπου το πρώτο ολοκλήρωμα έγινε ψ ΙΙ ε = Ε ψ ΙΙ x ε ε ε ε = E ψ ΙΙ x x ε, από το θεμελιώδες θεώρημα του ολοκληρωτικού λογισμού. Επόμενο βήμα, να στείλουμε το ε στο 0: h2 lim 2m ψ ε ε 0 x ε ε ε 0 ε + lim V(x)ψ x = lime ψ x ε 0 ε h2 ψ 0 + 0 + + 0 V(x)ψx = E 2m x 0 0 + ψ x 0 Όπου το δεύτερο σκέλος μηδενίζεται, γιατί είναι το ολοκλήρωμα μιας πεπερασμένης συνάρτησης σε μηδενικό εμβαδό. Το δεύτερο ολοκλήρωμα του πρώτου σκέλους, όμως, δε μηδενίζεται, γιατί η συνάρτηση V(x) απειρίζεται, και βρίσκεται ακριβώς επάνω στο x=0, δηλαδή στο διάστημα της ολοκλήρωσης. Oπότε ισχύει ο γνωστός τύπος του ολοκληρώματος δ-συνάρτησης: h2 ψ 0 + aψ(0) = 0 2m x 0 ψ 0 + = 2ma ψ(0) x 0 Βρίσκουμε την παράγωγο της κυματοσυνάρτησης εκατέρωθεν του x=0: ψ ΙΙ x x=0 + = Bke k0 = Bk ε

ψ Ι x x=0 + = Bke k0 = Bk ψ ΙΙ x x=0 + ψ Ι x x=0 = 2Bk Επίσης, ψ(0) = Β Και πλέον μπορούμε να αντικαταστήσουμε 2Bk = 2ma B k = m a Kαι αφού Ε = h2 k 2 2m (το k το είχαμε εκφράσει ως προς Ε, από τη λύση της εξίσωσης ιδιοτιμών της Χαμιλτονιανής και στις δυο περιοχές) Κανονικοποιώντας βρίσκουμε Β = k Και τελικά, E = mα2 2 ψ(x) = m a e m a x

Άσκηση 4 α) ψ 1 (k) = 1 1 2 2π ψ 1(x)e i k x x = 1 1 2 2π = 1 1 2 2π [ [δ(x x o) + δ(x + x o )]e i k x x δ(x + x o)e i k x x = 1 2 π (e ikxo + e ikxo ) = 1 Cos(k xo) π + δ(x x o )e i k x x] β) ψ 2 (k) = 1 1 2 2π ψ 2(x)e i k x x x 2 e = A 1 2 2π 4σ 2 e i k x x = A 1 2 2π Αντικαθιστώ u = x+2ikσ2 και λύνω, 2σ ψ 2 (k) = Α 2σe k2 σ 2 γ) Φ(k) = A 2 = A 1 2 2π [ 1 2π x 2 e ( 2σ +ikσ)2 k 2 σ 2 x (x xo )2 [e 4σ 2 + e (x+x o )2 4σ 2 (x x o ) 2 e 4σ 2 e i k x x ] e i k x x + e (x+x o )2 4σ 2 e i k x x] Mε τον ίδιο τρόπο που βρήκαμε την ψ 2 (k), Φ 2 (k) = 2Α σ Cos(k x o )e k2 σ 2 δ) Πρέπει να δείξω ότι 2π FT[ψ 1 (x)] FT[ψ 2 (x)] = FT[Φ(x)] = FT[ψ 1 (x) ψ 2 (x)] Σημείωση: στην αρχική εκφώνηση έλειπε ένα 2π μπροστά από το πρώτο σκέλος. Ο παράγοντας 2π έχει να κάνει με τον ορισμό του μετασχηματισμού Fourier: υπάρχουν διάφοροι ορισμοί με διάφορες κανονικοποιήσεις, και πρέπει κανείς να είναι προσεκτικός στην επιλογή του τρόπου με τον οποίο θα κάνει το FT. Aπό τα α), β), γ) έχουμε FT[ψ 1 (x)] = ψ 1 (k), FT[ψ 2 (x)] = ψ 2 (k), FT[Φ(x)] = Φ(k)

2πFT[ψ 1 (x)] FT[ψ 2 (x)] = 2π Α 2σe k2 σ 2 1 Cos(k xo) π = 2Α σ Cos(k x o )e k2 σ 2 = Φ(k) = FT[Φ(x)] ψ 1 (x) ψ 2 (x) = ψ 1 (y)ψ 2 (x y) y Κβαντομηχανική Ι = ψ 1 (y)ψ 2 (x y) y = A 2 [δ(y x o ) + δ(y + x o )] e (x y)2 4σ 2 y = A 2 (e (x x o )2 4σ 2 + e (x+x o )2 4σ 2 ) To οποίο όμως ισούται με το Φ(x). Άρα FT[ψ 1 (x) ψ 2 (x)] = FT[Φ(x)] = 2πFT[ψ 1 (x)] FT[ψ 2 (x)]