Hayaan ang phi_n ang maayos na normalized nth energy eigenfunction ng harmonic oscillator, at hayaan psi = hatahata ^ (†) phi_n. Ano ang psi katumbas ng?

Hayaan ang phi_n ang maayos na normalized nth energy eigenfunction ng harmonic oscillator, at hayaan psi = hatahata ^ (†) phi_n. Ano ang psi katumbas ng?
Anonim

Isaalang-alang ang maharmonya osileytor Hamiltonian …

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

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

Ngayon, tukuyin ang pagpapalit:

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

Nagbibigay ito ng:

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

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

Susunod, isaalang-alang ang pagpapalit kung saan:

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

kaya na # hatx "''", hatp "''" = hatx "''" hatp "''" - hatp "''" hatx "''" = i #. Nagbibigay ito ng:

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

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

Mula noon #hatp "''" ^ 2 # at #hatx "''" ^ 2 # ay maaaring maging isang produkto ng mga kumplikadong conjugates, tukuyin ang mga operator ng hagdan

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

kaya na:

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

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

Mula noon # - hatx "''", hatp "''" = hatp "''", hatx "''" = -i #, ang pinakamakabuluhang termino ay #1/2#. Sa pamamagitan ng inspeksyon,

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

Maaari itong maipakita na # hata, hata ^ (†) = 1 #, kaya

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

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

at kaya:

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

Narito kinikilala namin ang anyo ng enerhiya maging:

#E_n = ℏomega (n + 1/2) #

dahil ito ay malinaw mula sa form na ito na may

#hatHphi_n = Ephi_n #,

mayroon na lang kami

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

Kaya, ang numero ng operator ay maaaring tinukoy bilang:

#hatN = hata ^ (†) hata #

na ang eigenvalue ay ang bilang ng kabuuan # n # para sa eigenstate na iyon.

Kaya,

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

# = (1 + hata ^ (†) hata) phi_n #

# = (1 + hatN) phi_n #

# = kulay (asul) ((1 + n) phi_n) #