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

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

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

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

Αρμονικός ταλαντωτής Ασκήσεις

Το θεώρημα virial1 στην κβαντική μηχανική

Λυμένες ασκήσεις στροφορμής

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

Â. Θέλουμε να βρούμε τη μέση τιμή

ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ. Ασκήσεις Κεφαλαίου Ι

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

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

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

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

. Να βρεθεί η Ψ(x,t).

Δύο διακρίσιμα σωμάτια με σπιν s 1

μαγνητικό πεδίο τυχαίας κατεύθυνσης

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

Ιδιοσυναρτήσεις του αρμονικού ταλαντωτή Πολυώνυμα Hermite

ΕΞΙΣΩΣΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑΣ ΣΕ ΜΙΑ ΤΥΧΑΙΑ ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ

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

1. Μετάπτωση Larmor (γενικά)

μαγνητικό πεδίο παράλληλο στον άξονα x

Μια γενική έκφραση της κυματοσυνάρτησης στον χώρο των ορμών για μια δέσμια κατάσταση

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.

Εύρεση των ιδιοτιμών της στροφορμής

Αρμονικός Ταλαντωτής

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

και χρησιμοποιώντας τον τελεστή A r P αποδείξτε ότι για

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

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

( x) (( ) ( )) ( ) ( ) ψ = 0 (1)

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

Δείξτε ότι οι ιδιοκαταστάσεις της ενέργειας του ελεύθερου κβαντικού 2

(ταλαντούμενο) μαγνητικό πεδίο τυχαίας κατεύθυνσης Επίλυση με αλλαγή βάσης

Δηλαδή. Η Χαμιλτονιανή του περιστροφέα μέσα στο μαγνητικό πεδίο είναι

Κβαντικό Σωμάτιο σε Ηλεκτρομαγνητικό Πεδίο

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

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

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

Η άλγεβρα της στροφορμής

Χρονοανεξάρτητη Μη-Εκφυλισμένη Θεωρία Διαταραχών

Η Αναπαράσταση της Θέσης (Position Representation)

Μετασχηματισμοί Καταστάσεων και Τελεστών

(1) (3) x a. Από την (3) βλέπουµε ότι η ( ) τυχαία συνοχική κατάσταση ενός αρµονικού ταλαντωτή µε κλίµακα µήκους a. â a, θα είναι,

Δομή Διάλεξης. Ορισμός Ηλεκτρικού Δυναμικού και συσχέτιση με το Ηλεκτρικό Πεδίο

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

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

Κίνηση σε Μονοδιάστατα Τετραγωνικά Δυναμικά

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

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

Θεωρία Διαταραχών ΙΙ: Εκφυλισμένες Καταστάσεις

Nobel Φυσικής για Κβαντική Ηλεκτροδυναμική

Παραμαγνητικός συντονισμός

ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι (Τµήµα Α. Λαχανά) 1 Φεβρουαρίου 2010

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

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

2( ) ( ) ψ είναι οι ιδιοκαταστάσεις του τελεστή. ψ x, θα πάρουµε

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

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

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

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ. ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙI Ιούνιος 2004

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

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

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

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

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

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

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

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

Διάλεξη 1: Κβαντομηχανική σε τρεις διαστάσεις

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

Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια

Ηλεκτρική και Μηχανική ταλάντωση στο ίδιο φαινόμενο

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ. ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙI Σεπτέμβριος 2004

Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Φυσικής Κβαντομηχανική ΙΙ

Επίλυση Συστήματος Γραμμικών Διαφορικών Εξισώσεων

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

Το Ελεύθερο Σωμάτιο Ρεύμα Πιθανότητας

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

n = < n a a n > = a < n a n > = C C = n (1.13) n-1 n-1

Εφαρμογές κβαντικής θεωρίας

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

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Ποια απο τις παρακάτω είναι η σωστή µορφή του πραγµατικού µέρους της κυµατοσυνάρτησης του

2 ο Επαναληπτικό διαγώνισμα στο 1 ο κεφάλαιο Φυσικής Θετικής Τεχνολογικής Κατεύθυνσης (Μηχανικές και Ηλεκτρικές ταλαντώσεις)

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

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Ενότητα 5

Γενική Μεταπτυχιακή Εξέταση - ΕΜΠ & ΕΚΕΦΕ-" ηµόκριτος"

Οδηγία: Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις Α1-Α4 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Εισαγωγή σε προχωρημένες μεθόδους υπολογισμού στην Επιστήμη των Υλικών

ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ. Το ιδανικό κύκλωμα LC του σχήματος εκτελεί αμείωτες ηλεκτρικές ταλαντώσεις, με περίοδο

ΘΕΜΑ A Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις Α1-Α4 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξέταση στη Μηχανική ΙΙ 8 Ιουλίου 2013

ΕΧΕΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΘΕΙ ΑΝΑ ΕΝΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΑΝΑ ΤΥΠΟ ΓΙΑ ΔΙΕΥΚΟΛΥΝΣΗ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΣΑΣ ΚΑΛΗ ΕΠΙΤΥΧΙΑ ΣΤΗ ΠΡΟΣΠΑΘΕΙΑ ΣΑΣ ΚΙ 2014

Transcript:

ΦΟΡΤΙΣΜΕΝΟΣ ΑΡΜΟΝΙΚΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΤΗΣ ΜΕΣΑ ΣΕ ΟΜΟΓΕΝΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ: ΤΕΛΕΣΤΕΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΗΣ, ΒΑΣΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ, ΕΛΑΧΙΣΤΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Ξεκινώντας από τους τελεστές δημιουργίας και καταστροφής του αφόρτιστου αρμονικού ταλαντωτή, τους οποίους θεωρούμε γνωστούς, υπολογίζουμε τους αντίστοιχους τελεστές για τον φορτισμένο αρμονικό ταλαντωτή μέσα σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο. Ακολούθως, υπολογίζουμε την ελάχιστη ενέργεια του συστήματος και την κυματοσυνάρτηση της βασικής κατάστασης του συστήματος, και συζητάμε τα αποτελέσματά μας. Λύση Οι τελεστές καταστροφής και δημιουργίας του αφόρτιστου αρμονικού ταλαντωτή είναι a a τελεστής καταστροφής τελεστής δημιουργίας Το δυναμικό αρμονικού ταλαντωτή μέσα σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο είναι V -, όπου q είναι το φορτίο του ταλαντωτή και e η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου. Πράγματι dv d - F d d Η ένταση e μπορεί να είναι θετική ή αρνητική, είναι όμως σταθερή αφού το πεδίο είναι ομογενές. Βλέπουμε ότι, για το τετραγωνικό δυναμικό του αφόρτιστου αρμονικού ταλαντωτή, οι τελεστές κλίμακας a, a είναι γραμμικοί ως προς τη θέση και την ορμή. Η 4//8

διαφορά του δυναμικού μας, V ταλαντωτή, V -, από το δυναμικό του αρμονικού, είναι ο γραμμικός όρος -. Μπορούμε, λοιπόν, να δοκιμάσουμε a, όπου μιγαδική σταθερά. Τότε a * Έτσι, έχουμε * * *, ] * * - [ { * * a a Όπως στην περίπτωση του αρμονικού ταλαντωτή, θέλουμε H a a E, όπου E είναι η ελάχιστη ενέργεια του φορτισμένου αρμονικού ταλαντωτή μέσα στο ομογενές ηλεκτρικό πεδίο. Όμως H - m Συγκρίνοντας τις δύο εκφράσεις της Χαμιλτονιανής, παίρνουμε 4//8

- * * - E m * * - E m m - * * - E * * - E Από τον μηδενισμό του συντελεστή του τελεστή της ορμής, παίρνουμε * - * Î. Τότε, ο μηδενισμός του συντελεστή του τελεστή της θέσης μάς δίνει { * Τότε, ο μηδενισμός του σταθερού όρου E θα μάς δώσει E E q e q e E E Ο πρώτος όρος,, είναι η ελάχιστη ενέργεια του αφόρτιστου αρμονικού ταλαντωτή και ο δεύτερος όρος, -q e, είναι η συνεισφορά του ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου. Παρατηρήστε ότι η συνεισφορά του ηλεκτρικού πεδίου είναι πάντα αρνητική, ανεξάρτητα από τη φορά του ηλεκτρικού πεδίου e > ή e < και ανεξάρτητα από το πρόσημο του φορτίου του ταλαντωτή q > ή q <. Βλέπουμε επίσης ότι για κάθε τιμή της έντασης e του ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου, υπάρχει μια κυκλική συχνότητα, έστω, που μηδενίζει την ελάχιστη ενέργεια E. Πράγματι, είναι q e q e q e m m 4//8

Ας κάνουμε έναν έλεγχο διαστάσεων é ù é F ][ k ] é [ é ù [ F ]}[ ] é ù ù ù é 4 ù k m 4 } } ê m ú q e F k m ê ú ê ú ê ú ê ú ê ú ú ê ê m ú ê m ú ê m ú ê m ú êê úú êê u úú ê ú ê ú ê ú ê ú [t ][] é 4 ù } é ù ê t ú ê ú [ ] Αν αντικαταστήσουμε την τιμή του στις εκφράσεις των τελεστών καταστροφής και δημιουργίας, θα πάρουμε a a Ας κάνουμε άλλον έναν έλεγχο διαστάσεων é ù é F ù ê ú ê k ú [ ] é ê ù é mu ù ú ê [ut ] [ ] ú Και é ù é ù é ù é ù é ù é ù - ê úê úê úê úê ú ê ú é ù, u ut επομένως οι τελεστές a, a είναι αδιάστατοι, όπως θέλουμε. Μπορούμε να δείξουμε τις ακόλουθες μεταθετικές σχέσεις é a, a ù é H, a ù - a é H, a ù a Είναι ακριβώς οι ίδιες μεταθετικές σχέσεις που ισχύουν και για τον αφόρτιστο αρμονικό ταλαντωτή. 4 4//8

Η η σχέση προκύπτει, χωρίς πράξεις, αν παρατηρήσουμε ότι η διαφορά των τελεστών a, a από τους αντίστοιχους του αρμονικού ταλαντωτή είναι μια σταθερά, επομένως ο μεταθέτης τους δεν αλλάζει, αφού é A, B ù é A c, B d ù, "c, d Î. Δηλαδή, ο μεταθέτης é a, a ù για το σύστημά μας είναι ίδιος με εκείνον του αρμονικού ταλαντωτή, που είναι. Η η σχέση προκύπτει από την η και την έκφραση της Χαμιλτονιανής, H a a E. Πράγματι, είναι é H, a ù é a a E, a ù é a a, a ù [ E, a ] é a a, a ù a [ a, a ] é a, a ù a { é a, a ù a - é a, a ù a - a Επομένως é H, a ù - a Για να αποδείξουμε την η σχέση, μπορούμε να πάρουμε τους συζυγείς των τελεστών του αριστερού και του δεξιού μέλους της ης σχέσης, οπότε é H, a ù - a é H, a ù - ah - a Ha - a - a a H - Ha Επομένως é H, a ù a Από τη σχέση é H, a ù - a προκύπτει ότι ο a είναι ο τελεστής καταστροφής, που κατεβάζει την ενέργεια μιας τυχαίας ιδιοκατάστασης πλην της βασικής κατά ένα κβάντο ίσο με. Πράγματι, αν n τυχαία ιδιοκατάσταση ενέργειας En, τότε n - ah n ah n é H, a ù n a H n - a n En a n En - a n H a n Ha { En n H a n En - a n 5 4//8

Δηλαδή, η κατάσταση a n είναι ιδιοκατάσταση ενέργειας En -. Από τη σχέση é H, a ù a προκύπτει ότι ο a είναι ο τελεστής δημιουργίας, που ανεβάζει την ενέργειας μιας τυχαίας ιδιοκατάστασης συμπεριλαμβανομένης της βασικής κατά ένα κβάντο ίσο με. Πράγματι, αν n τυχαία ιδιοκατάσταση ενέργειας En, τότε n - a H n a H n é H, a ù n a H n a n E a n H a n Ha n { En n H a n En a n Δηλαδή, η κατάσταση a n είναι ιδιοκατάσταση ενέργειας En. Σημειώνουμε ότι οι καταστάσεις a n και a n δεν είναι κανονικοποιημένες, διότι ο τελεστής a δεν είναι μοναδιακός, όπως φαίνεται από τη σχέση é a, a ù, επομένως δεν διατηρεί το μέτρο των καταστάσεων στις οποίες δρα. Μπορούμε τώρα να υπολογίσουμε την κυματοσυνάρτηση που περιγράφει τη βασική κατάσταση του συστήματός μας. Αν ο τελεστής καταστροφής a δράσει στη βασική κατάσταση,, θα μας δώσει μηδέν, δηλαδή a. Αν προβάλλουμε και τα δύο μέλη της προηγούμενης «διανυσματικής» εξίσωσης σε μια τυχαία ιδιοκατάσταση της θέσης, θα πάρουμε a a a a y { y Θυμίζουμε ότι αν y είναι μια κατάσταση ενός τυχαίου κβαντικού συστήματος όχι κατ ανάγκη του αρμονικού ταλαντωτή η κυματοσυνάρτηση που περιγράφει την κατάσταση στον χώρο των θέσεων είναι y y, δηλαδή προκύπτει από την προβολή της κατάστασης στις ιδιοκαταστάσεις της θέσης. Έτσι, για τη βασική κατάσταση φορτισμένου αρμονικού ταλαντωτή μέσα σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο, η κυματοσυνάρτηση θα είναι y. 6 4//8

a είναι η έκφραση του τελεστή καταστροφής a στην αναπαράσταση θέσης, όπου και - a d, δηλαδή d d d - d d Έτσι, η εξίσωση a y γράφεται d d y y d d y y y Η y, ως ιδιοσυνάρτηση, είναι εξ ορισμού, γραμμικά ανεξάρτητη, επομένως δεν μπορεί να είναι ταυτοτικά μηδενική. Έτσι, μπορούμε να διαιρέσουμε και τα δύο μέλη της τελευταίας εξίσωσης με y, και να πάρουμε y y y - y y y y ln y y } e} A ln y ln y ò d c y A e y ± A e c Οι δύο λύσεις είναι, όπως βλέπουμε, γραμμικά εξαρτημένες, ή, ισοδύναμα, επειδή e -, συνδέονται με μια σταθερή μιγαδική φάση. Επομένως, λαμβάνοντας υπόψη τη συμμετρία φάσης της κυματοσυνάρτησης, μπορούμε να διαλέξουμε, αυθαίρετα, τη μία από αυτές. Διαλέγουμε την y A e - Επειδή η κατάσταση είναι δέσμια, η κυματοσυνάρτηση είναι κανονικοποιήσιμη, επομένως μπορούμε να υπολογίσουμε τη σταθερά A από τη συνθήκη κανονικοποίησης, δηλαδή 7 4//8

ò d y - A ò d e - - Θα θεωρήσουμε γνωστό ότι ò d e - a - - e, a > a a δείτε, π.χ., tts://en.keda.org/k/lst_of_ntegrals_of_eonental_functons Έτσι, θα έχουμε ò d e - - q e e e m Έτσι, η συνθήκη κανονικοποίησης γράφεται A q e q e e A e m m Δηλαδή q e 4 A e m Επιλέγουμε, λαμβάνοντας υπόψη τη συμμετρία φάσης της κυματοσυνάρτησης, q e 4 A e m Επομένως q e 4 y e m Αν μηδενίσουμε είτε το ηλεκτρικό πεδίο είτε το φορτίο του ταλαντωτή, παίρνουμε 4 y, e 8 4//8

που είναι η κυματοσυνάρτηση της βασικής κατάστασης του αφόρτιστου αρμονικού ταλαντωτή. Για να συνοψίσουμε, βρήκαμε ότι η κυματοσυνάρτηση που περιγράφει τη βασική κατάσταση μονοδιάστατου αρμονικού ταλαντωτή μέσα σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο είναι η q e 4 y, e m και η ενέργεια της βασικής κατάστασης του ταλαντωτή είναι q e E Σπύρος Κωνσταντογιάννης Φυσικός, M.Sc. skonstan@otmal.com 9 4//8