Lad phi_n være den normaliserede nte energi egenfunktion af den harmoniske oscillator, og lad psi = hatahata ^ (†) phi_n. Hvad er psi lig med?

Lad phi_n være den normaliserede nte energi egenfunktion af den harmoniske oscillator, og lad psi = hatahata ^ (†) phi_n. Hvad er psi lig med?
Anonim

Overvej den harmoniske oscillator Hamiltonian …

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

# = 1 / (2mu) (hat ^ 2 + mu ^ 2ega ^ 2 hatx ^ 2) #

Definer nu substitutionen:

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

Dette giver:

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

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

Dernæst overveje substitutionen hvor:

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

så det # hatx "hat" "hat =" hat "" hat "" "hat". Dette giver:

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

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

Siden #hatp " ''" ^ 2 # og #hatx " ''" ^ 2 # kan inddrages i et produkt af komplekse konjugater, definere ladderoperatørerne

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

så det:

# hatahata ^ (†) = (hatx'''''2 - ihatx''''hatp''''hathat''''hatx'''''hatt'''''2'2) / 2 #

# = (hatx''''2 + hat'''' ^ 2) / 2 + (jeg hatp''''hatt'''''ll) / 2 #

Siden # - hatx "''", hat "" "" = hatp "''", hatx "''" = -i #, højre side er #1/2#. Ved inspektion,

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

Det kan vise sig at # hata, hata ^ (†) = 1 #, så

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

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

også:

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

Her genkender vi form af energi at være:

#E_n = ℏomega (n + 1/2) #

da det fremgår af denne form, at med

#hatHphi_n = Ephi_n #,

det har vi bare

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

Således nummeroperatør kan defineres som:

#hatN = hata ^ (†) hata #

hvis egenværdi er kvante nummeret # N # for den egenstate.

derfor

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

# = (1 + hata ^ (†) hata) phi_n #

# = (1 + hatN) phi_n #

# = farve (blå) ((1 + n) phi_n) #