Sei phi_n die richtig normalisierte n-te Energie-Eigenfunktion des harmonischen Oszillators, und sei psi = hatahata ^ (†) phi_n. Was ist Psi gleich?

Sei phi_n die richtig normalisierte n-te Energie-Eigenfunktion des harmonischen Oszillators, und sei psi = hatahata ^ (†) phi_n. Was ist Psi gleich?
Anonim

Betrachten Sie den harmonischen Oszillator Hamiltonian …

#hatH = hatp ^ 2 / (2 mu) + 1/2 muomega ^ 2hatx ^ 2 #

# = 1 / (2 mu) (hatp ^ 2 + mu ^ 2omega ^ 2 hatx ^ 2) #

Definieren Sie nun die Substitution:

#hatx "'" = hatxsqrt (muomega) ##' '' '' '##hatp "'" = hatp / sqrt (muomega) #

Das gibt:

#hatH = 1 / (2mu) (hatp "'" ^ 2 cdot muomega + mu ^ 2omega ^ 2 (hatx "'" ^ 2) / (muomega)) #

# = omega / 2 (hatp "'" ^ 2 + hatx "'" ^ 2) #

Als nächstes betrachten Sie die Substitution, wo:

#hatx "''" = (hatx "" ") / sqrt (ℏ) ##' '' '' '##hatp "''" = (hatp "" ") / sqrt (ℏ) #

damit # hatx "''", hatp "''" = hatx "''" hatp "" - "- hatp" "" "hatx" "" "= i #. Das gibt:

#hatH = omega / 2 (hatp "''" ^ 2cdotℏ + hatx "''" ^ 2cdotℏ) #

# = 1 / 2ℏomega (hatp "''" ^ ^ + hatx "''" ^ 2) #

Schon seit #hatp "''" ^ 2 # und #hatx "''" ^ 2 # in ein Produkt aus komplexen Konjugaten einbezogen werden können, definieren die Leiteroperatoren

#hata = (hatx "''" + ihatp "" "") / sqrt2 ##' '' '' '## hata ^ (†) = (hatx "''" - ihatp "" "") / sqrt2 #

damit:

# hatahata ^ (†) = (hatx "''" "^ 2 - ihatx" '"Hatp" "" "+ ihatp" "" Hatx "" "+ hatp" "" "^ 2) / 2 #

# = (hatx "''" ^ 2 + hatp "''" ^ 2) / 2 + (i hatp "" "", hatx "" ") / 2 #

Schon seit # - hatx "''", hatp "" "" = hatp "" "," hatx "" "" = -i #ist der Ausdruck ganz rechts #1/2#. Durch Inspektion,

#hatH = ℏomega (hatahata ^ (†) - 1/2) #

Das kann man zeigen # hata, hata ^ (†) = 1 #, so

# hatahata ^ (†) - hata ^ (†) hata = 1 #

# => hatahata ^ (†) = 1 + hata ^ (†) hata #

und so:

#color (grün) (hatH = ℏomega (hata ^ (†) hata + 1/2)) #

Hier erkennen wir die Form des Energie sein:

#E_n = ℏomega (n + 1/2) #

da geht aus dieser form klar hervor, dass mit

#hatHphi_n = Ephi_n #,

wir haben nur das

# ℏomega (hata ^ (†) hata + 1/2) phi_n = ℏomega (n + 1/2) phi_n #

Und so kam es dass der Nummer Operator kann definiert werden als:

#hatN = hata ^ (†) hata #

dessen Eigenwert ist die Quantenzahl # n # für diesen Eigenzustand.

Daher,

#color (blau) (psi_n = hatahata ^ (†) phi_n) #

# = (1 + hata ^ (†) hata) phi_n #

# = (1 + hatN) phi_n #

# = Farbe (blau) ((1 + n) phi_n) #