μαγνητικό πεδίο παράλληλο στον άξονα x

Σχετικά έγγραφα
μαγνητικό πεδίο τυχαίας κατεύθυνσης

1. Μετάπτωση Larmor (γενικά)

Παραμαγνητικός συντονισμός

(ταλαντούμενο) μαγνητικό πεδίο τυχαίας κατεύθυνσης Επίλυση με αλλαγή βάσης

Σύστημα δύο αλληλεπιδρώντων σπιν μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο (άσκηση)

Δηλαδή. Η Χαμιλτονιανή του περιστροφέα μέσα στο μαγνητικό πεδίο είναι

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

(φορτισμένος αρμονικός 2 ταλαντωτής μέσα σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο) είναι

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.

Λυμένες ασκήσεις στροφορμής

Αρμονικός ταλαντωτής Ασκήσεις

Â. Θέλουμε να βρούμε τη μέση τιμή

Δύο διακρίσιμα σωμάτια με σπιν s 1

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

ˆ ˆ. (τελεστής καταστροφής) (τελεστής δημιουργίας) Το δυναμικό του συστήματός μας (αρμονικός ταλαντωτής μέσα σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο) είναι

ΦΟΡΤΙΣΜΕΝΟΣ ΑΡΜΟΝΙΚΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΤΗΣ ΜΕΣΑ ΣΕ ΟΜΟΓΕΝΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ: ΤΕΛΕΣΤΕΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΗΣ, ΒΑΣΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ, ΕΛΑΧΙΣΤΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΥΖΗΤΗΣΗ

ii) Υπολογίστε τις μέσες τιμές της θέσης και της ορμής του ταλαντωτή όταν t 0.

Δείξτε ότι οι ιδιοκαταστάσεις της ενέργειας του ελεύθερου κβαντικού 2

Είναι (1) Έστω (2) Τότε η (1) γράφεται (3) Από την (3) βλέπουμε ότι η y ( x; a ) περιγράφει μια συνοχική κατάσταση μάλιστα

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

Nobel Φυσικής για Κβαντική Ηλεκτροδυναμική

Άσκηση 1. Δείξτε τις σχέσεις μετάθεσης των πινάκων Pauli

ΕΞΙΣΩΣΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑΣ ΣΕ ΜΙΑ ΤΥΧΑΙΑ ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ

και χρησιμοποιώντας τον τελεστή A r P αποδείξτε ότι για

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

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

Το θεώρημα virial1 στην κβαντική μηχανική

. Να βρεθεί η Ψ(x,t).

ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ. Ασκήσεις Κεφαλαίου Ι

Γενική Μεταπτυχιακή Εξέταση - ΕΜΠ & ΕΚΕΦΕ-" ηµόκριτος"

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

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ. ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙI Ιούνιος 2004

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

+ z, όπου I x, I y, I z είναι οι ροπές αδράνειας

Κβαντικό Σωμάτιο σε Ηλεκτρομαγνητικό Πεδίο

Εύρεση των ιδιοτιμών της στροφορμής

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

Θεωρητική μηχανική ΙΙ

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

Μηχανική του στερεού σώματος

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

Λύσεις των θεμάτων του Διαγωνίσματος Μηχανικης ΙΙ (29/8/2001) (3), (4), όπου, (5),, (6), (9), όπου,

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Κεφάλαιο 4

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

S ˆz. Απ. : Αυτό που πρέπει να βρούμε είναι οι συντελεστές στο ανάπτυγμα α. 2αβ

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

ΚΑΡΤΕΣΙΑΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΕ ΔΥΟ ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ

Ηλεκτρομαγνητισμός. Μαγνητικό πεδίο. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Charge Conjuga,on. Μπορούμε να περιγράψουμε την κίνηση ενός φορτισμένου σωματιδίου σε. ελεύθερου σωματίδιου ως:

Απαντησεις στις ερωτησεις της εξετασης της 24 ης Ιουνιου 2005

Πολυβάθμια Συστήματα. (συνέχεια)

Κεφάλαιο 5 ΔΙΔΙΑΣΤΑΤΑ ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενα αυτόνομο δυναμικό σύστημα δύο διαστάσεων περιγράφεται από τις εξισώσεις

Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Φυσικής

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

2 Η ΠΡΟΟΔΟΣ. Ενδεικτικές λύσεις κάποιων προβλημάτων. Τα νούμερα στις ασκήσεις είναι ΤΥΧΑΙΑ και ΟΧΙ αυτά της εξέταση

Ο τελευταίος όρος είναι πάνω από την επιφάνεια στο άπειρο όπου J = 0,έτσι είναι μηδέν. Επομένως

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Ενότητα 1

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξέταση στη Μηχανική II 20 Σεπτεμβρίου 2010

Θεωρία Χρονοεξαρτώμενων Διαταραχών

Θεωρητική μηχανική ΙΙ

. Για τα δύο σωµατίδια Α και Β ισχύει: q Α q, Α, q Β - q, Β 4 και u Α u Β u. Τα δύο σωµατίδια εισέρχονται στο οµογενές µαγνητικό πεδίο, µε ταχύτητες κ

Γενική Μεταπτυχιακή Εξέταση - ΕΜΠ & ΕΚΕΦΕ-" ηµόκριτος"

ΑΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ/ ΣΤΕΦ 3//7/2013 ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΡΑΠΤΗΣ ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ. ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙI Σεπτέμβριος 2004

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

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

( )U 1 ( θ )U 3 ( ) = U 3. ( ) όπου U j περιγράφει περιστροφή ως προς! e j. Γωνίες Euler. ω i. ω = ϕ ( ) = ei = U ij ej j

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

Μετασχηματισμοί Καταστάσεων και Τελεστών

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

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

Για να υπολογίσουμε το ολοκλήρωμα στο δεξιό μέλος της (3), κάνουμε την αλλαγή μεταβλητής

Ακτίνα καμπυλότητας - Ανάλυση επιτάχυνσης σε εφαπτομενική και κεντρομόλο συνιστώσα

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

Φυσική για Μηχανικούς

Ιδιοσυναρτήσεις του αρμονικού ταλαντωτή Πολυώνυμα Hermite

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

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 18: Εφαρμογή στον συμβολισμό Dirac. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Πτυχιακή εξέταση στη Μηχανική ΙI 20 Σεπτεμβρίου 2007

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

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

Συστήματα συντεταγμένων

ΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ Σεπτέµβριος 2006

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

ΕΛΕΥΘΕΡΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΠΟΛΥΒΑΘΜΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 73

Το Ελεύθερο Σωμάτιο Ρεύμα Πιθανότητας

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

Σωματίδιο μάζας m κινείται στο οριζόντιο επίπεδο xy σε κυκλική τροχιά με σταθερή γωνιακή ταχύτητα ω. Τι συμπεραίνετε για τη στροφορμή του;

Φυσική Θετικών Σπουδών Γ τάξη Ενιαίου Λυκείου 2 0 Κεφάλαιο

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 4 ΣΕΛΙ ΕΣ

Φυσική για Μηχανικούς

B 2Tk. Παράδειγμα 1.2.1

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Εξέταση Σεπτεμβρίου 25/9/2017 Διδάσκων: Ι. Λυχναρόπουλος

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

Ηλεκτρομαγνητισμός. Μαγνητικό πεδίο. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

, που, χωρίς βλάβη της γενικότητας, μπορούμε να θεωρήσουμε χρονική στιγμή μηδέν, δηλαδή

Παραδείγματα Ιδιοτιμές Ιδιοδιανύσματα

Εσωτερικές Αλληλεπιδράσεις Νο 3.

Transcript:

Σπιν μέσα σε ομογενές, χρονικά ανεξάρτητο μαγνητικό πεδίο παράλληλο στον άξονα ) Ηλεκτρόνιο βρίσκεται μέσα σε ομογενές, χρονικά ανεξάρτητο μαγνητικό πεδίο με κατεύθυνση στα θετικά του άξονα, δηλαδή e, με. Το ηλεκτρόνιο αναγκάζεται να κινηθεί σε μια πολύ μικρή περιοχή του χώρου, αμελητέων διαστάσεων, έτσι ώστε ο μοναδικός βαθμός ελευθερίας του είναι το σπιν του. Τη χρονική στιγμή t, η κατάσταση του σπιν του ηλεκτρονίου είναι η ιδιοκατάσταση z;, δηλαδή η ιδιοκατάσταση του τελεστή S z με ιδιοτιμή. i) Υπολογίστε την κατάσταση του σπιν του ηλεκτρονίου μια τυχαία χρονική στιγμή t. ii) Ποια είναι η πιθανότητα, μια τυχαία χρονική στιγμή t, μια μέτρηση της z συνιστώσας του σπιν του ηλεκτρονίου να δώσει αποτέλεσμα ; iii) Ποια είναι η πιθανότητα, μια τυχαία χρονική στιγμή t, μια μέτρηση της συνιστώσας του σπιν του ηλεκτρονίου να δώσει αποτέλεσμα ; Τι παρατηρείτε; iv) Ποια είναι η πιθανότητα, μια τυχαία χρονική στιγμή t, μια μέτρηση της συνιστώσας του σπιν του ηλεκτρονίου να δώσει αποτέλεσμα ; Λύση i) Εφόσον ο μοναδικός βαθμός ελευθερίας του ηλεκτρονίου είναι το σπιν του, η μαγνητική (διπολική) ροπή του ηλεκτρονίου-μαγνητικού διπόλου είναι S, όπου είναι ο γυρομαγνητικός λόγος του σπιν του ηλεκτρονίου. Η μαγνητική δυναμική ενέργεια του ηλεκτρονίου είναι U S S e S e S e e S S z z Εφόσον το ηλεκτρόνιο είναι πρακτικά ακίνητο, H U, επομένως H S () Στη βάση z;, z; των κοινών ιδιοκαταστάσεων των τελεστών Ŝ και S z, ο τελεστής S αναπαρίσταται από τον πίνακα S. Επομένως, στη βάση αυτή, η Χαμιλτονιανή () αναπαρίσταται από τον πίνακα H S

H () Παρατηρήστε ότι ο πίνακας () είναι ερμιτιανός, όπως πρέπει, αφού αναπαριστά τον ερμιτιανό τελεστή της Χαμιλτονιανής. Ωστόσο, όπως βλέπουμε, δεν είναι διαγώνιος πίνακας. Στη βάση που δουλεύουμε, η κατάσταση χρονική στιγμή t αναπαρίσταται από τον σπίνορα t at bt (3) t του σπιν του ηλεκτρονίου τη Τη χρονική στιγμή t, η κατάσταση του σπιν του ηλεκτρονίου είναι η ιδιοκατάσταση z;, που, στη βάση z;, z;, αναπαρίσταται από τον σπίνορα. Με τη βοήθεια της (3), η αρχική συνθήκη για τον σπίνορα Επομένως a b a (4) b (5) t γράφεται Η χρονική εξέλιξη του σπίνορα (3) καθορίζεται από την εξίσωση του Schrodinger i H t η οποία με τη βοήθεια των () και (3) γράφεται i a t a t a b a b i i t b t b t b a b a Η τελευταία εξίσωση μάς λέει ότι a b i b (6) i a (7) Οι (6) και (7) είναι, όπως βλέπουμε, συζευγμένες. Αυτό είναι απόρροια του γεγονότος ότι η Χαμιλτονιανή () ΔΕΝ είναι διαγώνιος πίνακας. Μπορούμε, ωστόσο, να αποσυζεύξουμε εύκολα το σύστημα των (6) και (7) αν παραγωγίσουμε άλλη μια φορά. Αν παραγωγίσουμε την (6) μία ακόμα φορά, θα πάρουμε

i a b Αντικαθιστούμε το b από την (7), και παίρνουμε i a a a a a (8) Ομοίως, αν παραγωγίσουμε την (7) μία ακόμα φορά και αντικαταστήσουμε το a από την (6), θα πάρουμε i b b b b b (9) Οι (8) και (9) είναι η εξίσωση κίνησης αρμονικού ταλαντωτή κυκλικής συχνότητας. Θυμίζουμε ότι, ενώ ο γυρομαγνητικός λόγος του σπιν του qe ηλεκτρονίου είναι αρνητικός, αφού ge.,. me Οι λύσεις των (8) και (9) είναι i i at Aep t Aep t () i i bt ep t ep t () Θέλουμε τώρα να προσδιορίσουμε τις σταθερές A, A,,. Με τη βοήθεια των () και (), οι αρχικές τιμές (4) και (5) γράφονται A () A (3) Χρειαζόμαστε δύο ακόμα εξισώσεις, τις οποίες θα πάρουμε εφαρμόζοντας πάλι τις αρχικές συνθήκες (4) και (5) στο αρχικό σύστημα των διαφορικών εξισώσεων (6) και (7). Από τη () παίρνουμε i ep i a A t Aep i t (4) Με τη βοήθεια της (4), η (6) γράφεται

i ep i ep i A t A t i b i i Aep t Aep t b Για t παίρνουμε A A b Με τη βοήθεια της (5) παίρνουμε A (5) A Με την ίδια λογική, από την () παίρνουμε i ep i b t ep i t (6) Με τη βοήθεια της (6), η (7) γράφεται i ep i ep i t t i a i i ep t ep t a Για t παίρνουμε a Με τη βοήθεια της (4) παίρνουμε (7) Από τις (), (3), (5), και (7) μπορούμε εύκολα να υπολογίσουμε τις τέσσερεις σταθερές. Από τις () και (5) υπολογίζουμε τις σταθερές A και A, ενώ από τις (3) και (7) υπολογίζουμε τις σταθερές και. Αν προσθέσουμε τις () και (5) κατά μέλη, θα πάρουμε A A (8) Αν αφαιρέσουμε τη (5) από τη (), θα πάρουμε A A (9) Κάνοντας τα ίδια για τις (3) και (7) παίρνουμε () () Με τη βοήθεια των (8) και (9), η () γράφεται

ep i ep i ep i a t t t t ep i t cos cos t t t () cos a t Με τη βοήθεια των () και (), η () γράφεται ep i ep i ep i b t t t t ep i t sin sin i t i t bt isin t (3) Με τη βοήθεια των () και (3), ο σπίνορας (3) γράφεται cos t t (4) isin t Ο σπίνορας (4) περιγράφει για την ακρίβεια αναπαριστά στη βάση z;, z; την κατάσταση του σπιν του ηλεκτρονίου μια τυχαία χρονική στιγμή t. Από την (4), παίρνουμε cos t t isin t (5) Επειδή, στη βάση z;, z;, ο σπίνορας z;, ο σπίνορας αναπαριστά την κατάσταση t ), από την (5) παίρνουμε αναπαριστά το διάνυσμα βάσης αναπαριστά το διάνυσμα βάσης z;, και ο σπίνορας t t του σπιν του ηλεκτρονίου (τη χρονική στιγμή t cos t z; isin t z; (6) Η (5) είναι η αναπαράσταση της (6) στη βάση z;, z;, δηλαδή στη βάση των κοινών ιδιοκαταστάσεων των τελεστών Ŝ και S z.

Παρατηρούμε ότι ο σπίνορας (4) είναι κανονικοποιημένος κάθε χρονική στιγμή t. Πράγματι, είναι cos t t t cos t isin t isin t cos t i sin t cos t sin t t t Αυτό συμβαίνει επειδή ο αρχικός σπίνορας είναι κανονικοποιημένος και η Χαμιλτονιανή είναι ερμιτιανός πίνακας, οπότε ο πίνακας της χρονικής εξέλιξης, iht δηλαδή ο πίνακας ep, είναι μοναδιακός, άρα διατηρεί το μέτρο των διανυσμάτων (σπινόρων). ii) Στη βάση z;, z; των κοινών ιδιοκαταστάσεων των τελεστών Ŝ και S z, η ιδιοκατάσταση του τελεστή S z με ιδιοτιμή αναπαρίσταται από τον σπίνορα, δηλαδή η ιδιοκατάσταση z;,, που είναι το ιδιοδιάνυσμα του πίνακα S z με ιδιοτιμή. Έτσι, το πλάτος της πιθανότητας, μια τυχαία χρονική στιγμή t, μια μέτρηση της z συνιστώσας του σπιν του ηλεκτρονίου να δώσει αποτέλεσμα cos t isin t z; t isin t Η αντίστοιχη πιθανότητα είναι επομένως z; t sin t (7) είναι Παρατηρήστε ότι η πιθανότητα (7) εξαρτάται από τον χρόνο. iii) Στη βάση z;, z; των κοινών ιδιοκαταστάσεων των τελεστών ιδιοκατάσταση του τελεστή S με ιδιοτιμή Ŝ και S z, η, δηλαδή η ιδιοκατάσταση ;,

αναπαρίσταται από τον σπίνορα ιδιοτιμή., που είναι το ιδιοδιάνυσμα του πίνακα S με Έτσι, το πλάτος της πιθανότητας, μια τυχαία χρονική στιγμή t, μια μέτρηση της συνιστώσας του σπιν του ηλεκτρονίου να δώσει αποτέλεσμα είναι cos t ; t cos t i sin t isin t i ep t Η αντίστοιχη πιθανότητα είναι επομένως t ; (8) Η πιθανότητα (8) είναι σταθερή (δεν εξαρτάται από τον χρόνο), και είναι 5%. Αυτό σημαίνει ότι η πιθανότητα να μετρήσουμε την άλλη δυνατή τιμή της συνιστώσας του σπιν, δηλαδή, είναι και αυτή 5% κάθε χρονική στιγμή. iv) Στη βάση z;, z; των κοινών ιδιοκαταστάσεων των τελεστών ιδιοκατάσταση του τελεστή S με ιδιοτιμή αναπαρίσταται από τον σπίνορα i Ŝ και S z, η, δηλαδή η ιδιοκατάσταση ;,, που είναι το ιδιοδιάνυσμα του πίνακα S με ιδιοτιμή. Έτσι, το πλάτος, μια τυχαία χρονική στιγμή t, μια μέτρηση της συνιστώσας του σπιν του ηλεκτρονίου να δώσει αποτέλεσμα είναι cos t ; t i cos t sin t isin t Η αντίστοιχη πιθανότητα είναι επομένως

; t cos t sin t cos t sin t cos t sin t sin t cos t sin t sin t ; t sin t (9) ) i) Υπολογίστε τη μέση τιμή του σπιν, S, του ηλεκτρονίου της προηγούμενης άσκησης και μελετήστε την κίνηση του διανύσματος S μέσα στο μαγνητικό πεδίο e. Τι παρατηρείτε; ii) Υπολογίστε τη μέση ενέργεια του σπιν του ηλεκτρονίου της προηγούμενης άσκησης. Τι παρατηρείτε; Λύση i) Όπως είδαμε στην προηγούμενη άσκηση (σχέση (4)), ο σπίνορας που αναπαριστά, στη βάση z;, z;, την κατάσταση του σπιν του ηλεκτρονίου είναι ο t cos t isin t () Η αρχική κατάσταση του σπιν είναι η ιδιοκατάσταση z;, που αναπαρίσταται από τον σπίνορα. Στη βάση z;, z;, οι τελεστές του σπιν S,, S S z αναπαρίστανται από τους πίνακες S, S Επομένως, θα έχουμε i, και i S z.

cos t S t S t cos t i sin t isin t isin t cos t i sin t cos t S () cos t i S t S t cos t i sin t i isin t sin t cos t i sin t icos t sin cos t t sin t cos t sin t cos t sin t S sin t (3) cos t S t S t cos t i sin t z z isin t cos t cos t i sin t isin t cos t sin t cos t

S z Άρα cos t (4) S S e S e S e sin te cos te Επομένως z z z S sin t e cos t ez (5) Το διάνυσμα S διαγράφει κύκλους, στο επίπεδο z, με ακτίνα συχνότητα, ξεκινώντας από το σημείο,, αριστερόστροφα, δηλαδή S : e z e ez e ez (6) και κυκλική κινούμενο Πράγματι, η (5) γράφεται S sin t e cos t e sin te cos te S sin te cos t e z z z 3 Έτσι, για t,,,,, παίρνουμε την αριστερόστροφη περιστροφή που περιγράφει η (6). Η μέση τιμή του σπιν, S, περιστρέφεται κάθετα στον άξονα του μαγνητικού πεδίου (άξονας ). Σημειώσεις ) Μπορούμε να αποδείξουμε επαληθεύοντας ταυτόχρονα τη σχέση () ότι S χρησιμοποιώντας την αρχική κατάσταση του σπιν και το θεώρημα του Ehrenfest. Τη χρονική στιγμή t, η κατάσταση του σπιν είναι η ιδιοκατάσταση z;, που αναπαρίσταται από τον σπίνορα στιγμή t είναι S. Έτσι, η μέση τιμή του τελεστή S τη χρονική

S Από το θεώρημα του Ehrenfest, επειδή ο τελεστής S δεν εξαρτάται από τον χρόνο, παίρνουμε d S i HS, (7) dt Όμως, όπως δείξαμε στην προηγούμενη άσκηση (σχέση ()), H S (8) Με τη βοήθεια της (8), η (7) γράφεται d S dt i i S, S S, S d S S S dt Επομένως S ) Αν η κατάσταση του σπιν είναι ιδιοκατάσταση ενός από τους τελεστές S, S, S, z τότε η μέση τιμή των άλλων δύο είναι μηδέν στη συγκεκριμένη ιδιοκατάσταση. Αυτό μπορεί εύκολα να δειχθεί, και προτρέπουμε τον αναγνώστη να το επαληθεύσει. Στην περίπτωσή μας, η αρχική κατάσταση του σπιν είναι η ιδιοκατάσταση z;, που είναι ιδιοκατάσταση του S z. Επομένως S, αλλά και μπορούμε να διαπιστώσουμε και από τη σχέση (3) για t. S όπως ii) Χρησιμοποιώντας τον σπίνορα () και τον πίνακα της Χαμιλτονιανής H, που βρήκαμε στην προηγούμενη άσκηση (σχέση ()), υπολογίζουμε τη μέση ενέργεια του σπιν στην κατάσταση που αναπαριστά ο σπίνορας (). Είναι cos t E t H t cos t i sin t isin t isin t cos sin t i t cos t

E (9) Βλέπουμε, λοιπόν, ότι η μέση ενέργεια του σπιν είναι, κάθε χρονική στιγμή, μηδέν. Αυτό είναι απόρροια του ότι S. Πράγματι, εφόσον H S, είναι H S H E Σπύρος Κωνσταντογιάννης Φυσικός, M.Sc. skonstan@hotmail.com